Question

12．小红作“测量小灯泡电功率”实验，实验室有如下器材：电源（电压恒为6V）、小灯泡（额定电压为2.5V，灯丝电阻约为10Ω）、电流表、电压表、开关各一个、规格分别为R₁“10Ω 1A”和R₂“50Ω0.5A”的滑动变阻器各一个、导线若干．

（1）小红设计了图甲所示的电路，她应选用规格为R₂的滑动变阻器（选填“R₁”或“R₂”），连接电路时开关应处于断开状态，该实验中滑动变阻器的主要作用是改变灯泡两端的电压．
（2）正确连接电路后，闭合开关，若小灯泡不亮，电流表无示数，电压表无示数，原因是小灯泡短路；若小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，原因是小灯泡断路．
（3）排除故障后，移动滑动变阻器滑片在不同位置，小灯泡U-I图象如图乙所示，小灯泡的额定功率为0.625W．
（4）在没有电压表、只有电流表的情况下，小红增加了一只10Ω的定值电阻R并利用原有器材，也测出了额定电压为2.5V小灯泡的额定功率．步骤如下：
①按照如图丙所示的电路图在图丁中正确连接实物电路；
②闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.25A时，灯泡正常发光；
③断开开关，保持滑动变阻器滑片P的位置不变，将电流表改接在灯泡所在支路中，再闭合开关，读出电流表示数I；
④小灯泡额定功率的表达式为P_额=U_额I（或2.5V×I）．

Answer 1

分析 （1）根据分压原理求出滑动变阻器连放电路中的最小阻值；
由测量小灯泡在不同电压的电功率作答；
（2）电流表有示数，说明电路为通路；小灯泡不亮，电压表无示数，说明小灯泡短路或电压表短路；
小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路断路或电路中的总电阻太大；电压表有示数，说明与电压表与电源是连通；
（3）由图乙，根据额定电压电压下对应的电流大小，求小灯泡的额定功率P_额=U_额I；
（4）①根据电路图中各个元件的作用连图；
②定值电阻R和电流表相当于电压表；
③保持滑片的位置不变，将电流表与灯串联，根据各元件两端的电压不变，读出电流表示数即可；
④根据P_额=U_额I求小灯泡的额定功率．

解答 解：（1）灯的额定电压为2.5V，所以，变阻器要分去6V-2.5V=3.5V的电压，根据分压原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L；}}$，滑动变阻器的阻值至少为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5V}{2.5V}$×10Ω=14Ω．根据欧姆定律知，灯正常发光的时的电流约为0.25A，故应选用R₂“50Ω0.5A”的滑动变阻器；
因测量小灯泡在不同电压的电功率，所以，本实验中滑动变阻器的主要作用是改变灯两端的电压；
连接电路时开关应处于断开状态；
（2）正确连接电路后，闭合开关，电流表有示数，说明电路为通路；小灯泡不亮，电压表无示数，说明小灯泡短路或电压表短路；
若小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路断路或电路中的总电阻太大；电压表有示数，说明与电压表与电源是连通的，所以，若小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，原因是小灯泡断路；
（3）由图乙知，当灯电压为2.5V时对应的电流为0.25A，小灯泡的额定功率P_额=U_额I=2.5V×0.25A=0.625W；
（4）①由题意可知，电流表的量程为0-0.6A，故实物电路如图所示：

②小红增加了一只10Ω的定值电阻R，因当电流表示数为I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=0.25A时，R两端的电压一定为2.5V，
根据并联电路电压的特点，灯的电压为2.5V，灯一定正常发光，所以，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.25A时，灯泡正常发光；
③断开开关，保持变阻器滑片P的位置或变阻器接入电路的阻值不变，将电流表改接在所在灯支路中，此时电路的连接关系没有改变，只是电流表由原来测通过R的电流变为测通过灯的电流I，R与灯两端的电压与变阻器的电压均保持不变，灯仍正常发光，通过灯的电流I即为灯正常发光时的电流大小．所以，断开开关，保持滑动变阻器滑片P的位置（或滑动变阻器接入电路的阻值）不变，将电流表改接在灯泡所在支路中，再闭合开关，读出电流表示数I；
④小灯泡额定功率的表达式为P_额=U_额I（或2.5V×I）．
故答案为：（1）R₂；断开；改变灯泡两端的电压；（2）小灯泡短路（或电压表短路）；小灯泡断路；（3）0.625；（4）①如上图；②0.25；③滑动变阻器滑片P的位置（或滑动变阻器接入电路的阻值）；④U_额I（或2.5V×I）．

点评 本题测量小灯泡电功率，考查器材的选择、常见故障的分析、影响电阻大小的因素等知识及设计实验方案的能力．