Question

11．小强在进行“测定小灯泡的电功率”的实验，已知电源电压为3V，小灯泡的额定电压为2.5V，他已连接了部分电路，如图丁所示，请你接着完成下列步骤：
（1）用笔画线代替导线，将下图的电路连接完整．
（2）连接电路时，开关S应当处于断开状态，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于右端（选填“左端”或“右端”）．
（3）连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表的示数为0，则出现故障的原因可能是小灯泡短路．
（4）故障排除后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P到某一位置，电压表的示数如图甲所示，为了测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向左端移动．
（5）当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示，则电流表的示数为0.2A，小灯泡的额定功率是0.5W．

（4）小明的电流表损坏了，老师告诉他已经没有电流表可换，而给了他一个已知阻值为R的定值电阻和若干个开关，小明重新设计了如图丙所示的电路，在不改变该电路连接的情况下，也能正确测出2.5V的小灯泡的额定功率．正确连接电路后，接下来的实验步骤是：
①只闭合S、S₁，移动滑片使电压表示数为2.5V；
②保持滑片位置不动，断开开关S₁，闭合开关S、S₂，记下电压表的时数为U₂；
③得出小灯泡的额定功率的表达式为$\frac{{2.5V（{U_2}-2.5V）}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）测灯泡的功率需要测量灯泡的电压和电流．电压表与灯泡并联测电压，电流表与灯泡串联测电流．滑动变阻器串联在电路中起保护作用．开关串联在电路中控制电路．
（2）闭合开关前，滑片应该处于最大阻值处；
（3）电流表有示数，说明电路为通路，然后根据灯泡不亮和电压表示数为零以及断路和短路的特点判断电路故障；
（4）灯泡电压等于额定电压时正常发光，要使灯泡两端的电压增大，应减小变阻器的阻值，由此确定P的移动方向；
（5）当灯泡两端的电压等于额定电压时，将正常发光，读出电流表的示数，根据P=UI计算出额定功率．
（6）要测量小灯泡的额定功率，需测量出小灯泡的电压和电流，由图知，根据定值电阻两端的电压和电阻能计算出电路中的电流，通过开关的变化测出灯泡两端的电压，得出小灯泡的电功率的表达式．

解答 解：（1）据题意可知，电压表应该并联在灯泡两端，且小灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表应该选择小量程，如下图所示：

（2）闭合开关前，滑片应该处于最大阻值处，所以滑片应该调到最右端；
（3）电流表有示数，说明电路为通路；电压表示数为零，说明和电压表并联的灯泡发生短路；
（4）小灯泡的额定电压为2.5V，由图乙电压表分度值0.1V，示数为1.7V，低于额定电压，要使灯泡正常发光，应减小变阻器的阻值，将滑片向左端滑动，直到电压表的示数为2.5V；
（5）由图丙，电流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，灯泡正常发光时电流表示数为0.2A，
所以灯泡的额定功率为：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
（6）连好电路后，可先闭合开关S、S₁，断开S₂，此时电压表测量灯泡两端的电压，移动滑片至某一位置，使电压表的示数为2.5V；
保持滑片位置不动，断开开关S₁，闭合开关S、S₂，此时电压表测量灯泡和电阻两端的总电压，记下电压表的示数U₂；则定值电阻两端的电压U=U₁-U₂；所以I=$\frac{U}{R}$=$\frac{{U}_{2}-2.5V}{R}$；
所以P=2.5V×I=2.5V$\frac{{U}_{2}-2.5V}{R}$．
故答案为：（1）见上图；（2）右端； （3）小灯泡短路；   （4）左；（5）0.2；  0.5；（6）①只闭合S、S₁，移动滑片使电压表示数为2.5V；③$\frac{{2.5V（{U_2}-2.5V）}}{R}$；

点评 本题考查了“测定小灯泡的电功率”的实验，涉及到了实物电路图的连接、滑动变阻器的使用、电路故障的分析和电功率公式的应用等，综合性强；要注意一般根据灯泡的额定电压确定电压表的量程．