题目内容

2.如图甲所示,是小明做“测量小灯泡电功率”的实验装置.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、规格为“50Ω 0.5A”的滑动变阻器R′一个、导线若干.

(1)请将图甲中的电压表正确连接到电路中(导线不能交叉).
(2)正确连线后,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于A端,目的是为了保护电路.
(3)闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表指针几乎不动,电压表指示超过量程,则原因可能是灯泡断路.
(4)排除故障后,闭合开关,移动滑片P到某一位置时,电压表的示数如图乙所示,为2V;若他想测量小灯泡的额定功率,应将滑片P向B(选填“A”或“B”)端移动,使电压表的示数为2.5V.
(5)闭合开关,移动滑片P,记下多组对应的电压表和电流表的示数,并绘制成图丙所示的U-I图象,根据图象信息,计算出小灯泡的额定功率是0.625W.
(6)分析图丙还发现灯泡电阻是变化的,其原因是灯丝的电阻受温度的影响.
(7)在没有电压表、只有电流表的情况下,小明增加了一只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按照如图丁所示的电路图正确连接实物电路;
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(忽略电流表内阻的影响);
④小灯泡额定功率的表达式为P额=U额I(或2.5VI).

分析 (1)将电压表并联在灯的两端
(2)为保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于阻值最大处;
(3)小灯泡不亮,电流表无示数,说明电路可能断路;电压表有示数,说明与电压表与电源是连通;则与电压表并联的灯之外的电路是连通的,则与电压表并联的灯断路了;
(4)灯在额定电压下正常发光,根据图中电压表小量程读数,比较电压表示数与额定电压的大小,根据串联电路电压的规律及分压原理确滑片移动的方向;
(5)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;
(6)灯丝的电阻随温度的变化而变化;
(7)在没有电压表的情况下,定值电阻R和电流表相当于电压表;将电流表与R串联,再与灯并联,首先使通过R的电流为0.25A,由欧姆定律和并联电路电压的规律,灯正常发光,
保持滑片的位置不变,将电流表与灯串联,因电路的连接没有改变,各元件两端的电压不变,读出电流表示数即灯正常发光的电流,根据P额=U额I求小灯泡的额定功率.

解答 解:(1)将电压表并联在灯的两端,如下所示:

(2)为保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片P应位于阻值最大处,即A端;
(3)经分析,闭合开关,发现小灯泡不亮,电流表指针几乎不动,电压表指示超过量程,则原因可能是:灯泡断路;
(4)排除故障后,闭合开关,移动滑片P到某一位置时,电压表的示数如图乙所示,图中电压表选用小量程,分度值为0.1V,示数为2V;
灯在额定电压下正常发光,小于灯的额定电压2.5V,应增大灯的电压,根据串联电路电压的规律,应减小变阻器的电压,由分压原理,应减小变阻器连入电路中的电阻大小,故滑片向B移动,直到电压表示数为额定电压;
(5)由图丙知,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;
(6)分析图丙还发现灯泡电阻是变化的,其原因是灯丝的电阻受温度的影响;
(7)②小红增加了一只10Ω的定值电阻R,因当电流表示数为I=$\frac{{U}_{L}}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=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;
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)如上所示;(2)为了保护电路;(3)灯泡断路;(4)2;B;(5)0.625;(6)温度;(7)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2.5VI).

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,有一定难度.

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