Question

13．在“测量小灯泡的电功率”实验中，所测灯泡的额定电压为2.5V．

（1）图甲是小弘同学没有连接完的实物电路，请用笔画线代替导线帮她将电路连接完整；
（2）检查电路无误后，小弘移动滑动变阻器至某一位置，读出电压表示数为2.2V，要测出小灯泡的额定功率，她应将变阻器的滑片P向A端移动（选填“A”或“B”），当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为0.7W．
（3）由于电压表损坏，小弘同学再利用一个阻值已知的电阻R₀，设计了另一种实验方案测小灯泡的额定功率，电路如图丙所示，其中电源电压一定但未知，具体操作如下：
①断开开关S₂、闭合开关S₁，移动滑片P至某一位置，读出电流表示数I₁；
②保持滑片P位置不动，再断开开关S₁、闭合开关S₂，读出电流表示数I₂；
③先算出灯泡的电阻R_L，再根据P_额=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{{R}_{L}}$，计算灯泡的额定功率．
小聪认为按此方案测量，实验结果与真实值相差较大，原因是：灯的电阻随温度（电压）的升高而增大，，仔细分析后，小聪将上述步骤①改为：断开开关S₂、闭合开关S₁，移动滑片P使电流表的示数为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$就能较准确测出灯泡的额定功率了．

Answer 1

分析 （1）根据灯的额定电压确定电压表的量程选择，注意电压表、电流表正负接线柱的接法；
（2）要增大灯的电压，根据分压原理确定滑片移动的方向；确定电流表小量程的分度值读数，根据P_额=U_额I计算灯的额定功率．
（3）因灯的电阻随电压（温度）的升高而变大，所以，在测量过程中，必须保持灯的电压为额定电压，才有意义；
要测出小灯泡的额定功率，需使其两端的电压为额定电压．因为没有电压表，所以，可以用电流表和定值电阻来代替，并且与电灯并联，当通过电阻的电流I=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，小灯泡正常发光；通过开关的转换，在不改变电路连接方式的前提下，使电流表测算出灯正常工作时的电流，灯的额定功率可求．

解答 解：（1）因灯的额定电压2.5V＜3V，所以选用电压表的小量程，电流从电表的“+“流入，从“-”流，如图所示：
（2）电压表示数为2.2V小于灯泡的额定电压为2.5V，故应增加灯的电压，减小变阻器的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路的电阻，滑片向A端移动；
电流表小量程的分度值为0.02A，示数为0.28A，小灯泡的额定功率
P_额=U_额I=2.5V×0.28A=0.7W；
（3）无论只闭合S₁或S₂，电路的连接关系都没有改变，只是只闭合S₁时，电流表测通过R₀的电流，只闭合S₂时，电流表测灯与R₀并联的总电流，在①的情况下，R₀的电压U₁=R₀I₁，根据并联电路电压的特点，
灯的电压也为R₀I₁；在②的情况下，因电路的连接关系不变，R₀的电压保持不变，通过其的电流仍为I₁，通过灯的电流为I₂-I₁，据此求出灯的电阻R=$\frac{{R}_{0}{I}_{1}}{{I}_{2}{-I}_{1}}$，R₀I₁≠灯的额定电压，根据灯丝电阻随温度（电压）升高而增大，所以，R=$\frac{{R}_{0}{I}_{1}}{{I}_{2}{-I}_{1}}$不等于灯正常工作时的电阻，根据P_额=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{{R}_{L}}$，计算灯泡的额定功率与真实值相差较大；
根据上面的分析中R₀I₁≠灯的额定电压的问题，将上述步骤①改为：断开开关S₂、闭合开关S₁，移动滑片P使电流表的示数为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，则此时R₀的电压一定为2.5V，灯的电压也为2.5V，小灯泡正常发光，上面的问题便解决了．
故答案为：（1）如上图所示；
（2）A；  0.7；  
（3）灯丝电阻会随温度升高而增大；断开开关S₂、闭合开关S₁，移动滑片P使电流表的示数为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$．

点评 本题测量小灯泡的电功率，考查电路的连接、操作过程及对实验的评估能力并尝试改进方案的能力，难度较大，属于压轴题．