Question

18．在“测定额定电压为2.5V小灯泡的电功率”的实验中，阳阳同学已连接好如图1所示的部分电路．

（1）在阳阳所连接的电路中，有两根导线还没连好，请你帮他完成电路的连接（其他的导线不要变动）．
（2）连接电路时，开关要断开；滑动变阻器要滑到A （填“A”或“B”）移动．
（3）开关试触时，若发现电流表无示数，电压表示数较大，其故障原因可能是灯泡断路．
（4）阳阳实验时，发现电压表示数如图2所示，为了测出小灯泡的额定功率，他应该把滑片向B（填“A”或“B”）移动．
（5）实验中阳阳测出了三组数据，记录在表中．若第一次实验时电流表的示数如图3所示，请将此示数读出并填入表中．

次数	1	2	3
U/V	2	2.5	3
I/A		0.4	0.42
亮度	暗→亮

（6）他测出小灯泡的额定功率是1W，小灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率．
（7）完成上述实验后，小明发观电压表已坏，她利用剩余器材和老师又给的一个定值电阻R₀、两个开关S₁、S₂及导线，也完成了对小灯泡额定功率的测量．
①请你在画出小明完成实验设计的电路图．
②写出测定额定功率的简要步骤：
a、闭合开关S、S₁，调节滑片P，使电流表A的示数为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$
b、保持滑动变阻器阻值不变，闭合开关S₂，断开开关S₁，读出电压表A的示数为I．
③额定功率的表达式：P_额=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

Answer 1

分析 （1）电流表、灯泡、滑动变阻器串联在电路中；
（2）连接电路时，开关应断开；滑动变阻器要滑到最大值处；
（3）电流表无示数说明电路断路，电压表示数较大说明电压表连接在电源两端，电压表并联电路之外无断路，由此分析故障原因；
（4）先确定电流表的量程和最少分度值，再读出示数；根据串联的电流的分压原理，增大小灯泡两端的电压，需要减小滑动变阻器接入电路的阻值，判断滑片的移动方向；
（5）确定电流表的量程、最小分度值，读出电流表的示数；
（6）利用已知阻值的电阻R₀和电流表及滑动变阻器，将灯泡两端的电压调至2.5V，再用电流表和电路特点测出通过灯泡的电流，再利用P=UI计算其功率．

解答 解：
（1）电流表、灯泡、滑动变阻器串联在电路中，滑动变阻器应一上一下接，如图所示．
；
（2）为了保护电路，连接电路时，开关应断开；滑动变阻器要滑到最大值处，所以滑片应向A端移动；
（3）电流表无示数说明电路断路，电压表示数较大说明电压表连接在电源两端，且电压表并联电路之外无断路，其故障原因可能是灯泡断路；
（4）由图2知，电压表使用0-3V量程，分度值0.1V，小灯泡两端的电压为2V，要增大小灯泡两端的电压U_L为额定电压2.5V，需要减小滑动变阻器接入电路的阻值R，故滑片应向B端移动；
（5）由图3知，电流表量程是0-0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是I=0.36A；
（6）电灯的额定电压为2.5V，表格中对应的电流为0.40A，故额定功率P=UI=2.5V×0.40A=1W；
由表格数据知，灯泡两端电压越大，通过的电流越大，灯泡的实际功率越大，灯泡越亮，即：小灯泡的亮度是由其实际功率决定的；
（5）①由分析设计电路图如图所示：

②步骤：a、闭合开关S、S₁，调节滑片P，使电流表A的示数为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
b、保持滑动变阻器阻值不变，闭合开关S₂，断开开关S₁，读出电压表A的示数为I；
③小灯泡的额定功率表达式：P_额=U_额I_额=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．
故答案为：（1）见上图；（2）断开；A；（3）灯泡断路；（4）B；（5）0.36；
（6）1；实际功率；（7）①见上图；②a、S、S₁； b、闭合开关S₂，断开开关S₁；③2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

点评 本题考查了电路的连接和滑动变阻器使用以及电流表的读数、电功率的计算等．注意额定功率必须是在额定电压下的功率．难点在于利用电流表和调节滑动变阻器既使灯泡正常工作又能测出通过灯泡的电流，这对电路设计能力有一定的要求，难度较大．