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．

练习册系列答案
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实验序号1234 
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