Question

4．在测量小灯泡的额定电功率实验中，用两节新干电池做电源，小灯泡的额定电压为2.5V．

（1）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图乙所示，则接下来的操作是将电流表指针调零．
（2）移动滑片P使小灯泡正常发光，电流表示数如图丙所示时，则小灯泡的额定功率为0.55 W．
（3）在另一实验小组，小翔测量时，电压表坏了，老师告诉他已经没有电压表可换，而给他一个已知阻值为R₀的定值电阻和若干开关、导线．
①请你帮他在图丁的方框内重新设计一个电路图．
②简述实验过程中要测量的物理量并用相应字母表示：
（a）调节滑动变阻器使通过R₀的电流为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，；
（b）保持滑片位置不动，断开开关S₁，闭合开关S、S₂，用电流表测出灯泡和电阻并联的总电流I；
（c）则小灯泡的额定功率P=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

Answer 1

分析 （1）在使用前，电流表指针没有指在零刻度，没有调零；
（2）根据电流表小量程读数，由P_额=U_额I求灯的额定功率；
（3）在没有电压表的情况下，测量小灯泡的额定功率，定值电阻和电流表应起到电压表的作用，所以将定值电阻与电流表串联起来后再和待测电阻并联，先移动滑片使灯正常发光，保持滑片的位置不动，再通过开关的转换，在电路连接关系不改变的情况下（灯仍正常工作），用电流表测灯和定值电阻并联的总电流I，根据并联电路电流的特点，求出通过灯正常工作时的电流大小，根据P_L=U_LI写出小灯泡的电功率的表达式．

解答 解：（1）在使用前，电流表指针没有指在零刻度，说明没有调零，应将指针调零；
（2）图丙中，电流表小量程分度值为0.02A，示数大小为0.22A，则灯的额定电功率P_额=U_额I=2.5V×0.22A=0.55W；
（3）在上面的分析基础上，设计的电路如下图所示：

（a）先闭合S、S₁，移动变阻器滑片，使电流表示数I_R0=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，则与R₀并联的灯的电压一定为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$×R₀=2.5V，灯正常发光；
（b）保持滑片的位置不动，断开开关S₁，闭合开关S、S₂，因电路的连接关系没有改变，各用电器两端的电压保持不变，灯仍正常发光，通过R₀的电流保持不变，仍为I_R0=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，但此时电流表测灯与R₀并联的总电流I，根据并联电路电流的特点，此时通过灯的电流大小I_L=I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，
（c）所以，灯的额定功率P_L=U_LI=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．
故答案为：（1）将电流表指针调零；     
 （2）0.55；
（3）①如上图所示；
②（a）I_R0=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
（b）保持滑片位置不动，断开开关S₁，闭合开关S、S₂，用电流表测出灯泡和电阻并联的总电流I；
（c） 2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

点评 本题测量小灯泡的额定电功率，考查器材的调试、功率的计算及在没有电压表的情况下设计实验方案的能力，有一定难度．