Question

12．在“测定小灯泡的电功率”的实验中，已知待测小灯泡L的额定电压为2.5V，正常发光时电阻约为10Ω．现提供如下实验器材：
1．滑动变阻器R₁（0～10Ω）；R₂（0～50Ω）
2．电压表（0～3V、0～15V）
3．电流表（0～0.6A、0～3A）
4．定值电阻R
5．电源电压为6 V
6．导线若干．
请你回答下列问题：
（1）请用笔画线代替导线，把实物图中的电路元件连接成完整的实验电路；（要求：滑片向左移时灯变亮，且连线不得交叉）
（2）移动滑片P过程中，如果出现电流表有一定的示数、电压表示数始终为0的现象，其原因可能是灯泡短路；
（3）如图甲是根据实验数据绘成的U-I图象．根据图象提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W；小灯泡正常发光时的电阻为12.5Ω；

（4）本实验应选用的滑动变阻器是R₂（选填“R₁”或“R₂”）；
（5）实验结束后，断开开关后，应先拆除电源两端的导线，再拆除其它导线，最后整理好实验器材；
（6）实验中，若电流表突然损坏了，小明用提供的器材设计了如图乙的电路，并只需下面两个步骤就测出了该小灯泡额定功率．（定值电阻的阻值用R表示）
①闭合开关，调节滑片P使小灯泡两端电压为2.5V；
②接下来实验步骤是：保持滑片位置不动，把电压表再并联在小灯泡和电阻R两端；若此步骤电压表的读数记为U，则小灯泡的额定功率的表达式为2.5V×$\frac{U-2.5V}{R}$．．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，滑片P向左移时灯变亮说明接入电路中的电阻变小，即左下方接线柱必须接入电路中；
（2）电流表有示数，说明电路为通路；电压表示数为0，可能是与电压表并联的灯泡发生了短路；
（3）由图示图象找出灯泡额定电压2.5V对应的电流，由P=UI求出灯泡额定功率，然后由欧姆定律求出灯泡电阻；
（4）知道灯泡额定电压和电阻，求出灯泡额定电流．滑动变阻器与灯泡串联．根据测量电路电压特点，求出灯泡正常工作时，滑动变阻器的电压，求出滑动变阻器的电阻；
（5）为了电路安全，拆除电路时应先拆除电源；
（6）该题没有给出电流表，所以应利用定值电阻R₀，由电压表测出灯泡正常发光时定值电阻两端的电压，根据串联电路特点和欧姆定律计算出电流值即可达到目的．由此设计实验并解答．

解答 解：（1）根据滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，滑片P向左移时灯变亮说明接入电路中的电阻变小，即左下方接线柱必须接入电路中，如下图所示：

（2）经分析，如果实验操作中出现：电流表有示数，电压表示数为0的现象，其故障可能是灯泡发生了短路，导致电压表与导线并联了；
（3）由图象可知，灯泡额定电压U=2.5V对应的电流是I=0.2A，
灯泡额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
因为I=$\frac{U}{R}$，所以灯泡电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；
（4）灯泡正常工作时，
I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
滑动变阻器电压为：U_R=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑动变阻器电阻为：R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
选择滑动变阻器R₂；
（5）测量结束后，应先断开开关，拆除电源两端的导线，再拆除其他导线，最后整理好器材；
（6）②保持滑片位置不动，把电压表再并联在小灯泡和电阻R两端，测得电压表示数为U；
小灯泡的额定功率的表达式：P=UI=2.5V×$\frac{U-2.5V}{R}$．
故答案为：（1）如上图；（2）灯泡短路；
（3）0.5； 12.5；（4）R₂；（5）电源；（6）保持滑片位置不动，把电压表再并联在小灯泡和电阻R两端；2.5V×$\frac{U-2.5V}{R}$．

点评 本题考查了运用串联电路的电流特点测小灯泡的额定功率．注意要调节滑动变阻器使灯的电压达到额定电压后，再去测量定值电阻两端的电压，才能求得灯的额定功率．