Question

13．在一次测量小灯泡额定功率的实验中，所用电源由两节新干电池串联组成，小灯泡上标有“2.5V”字样（小灯泡额定功率约为0.6W）．小刚连接了如图26甲所示的电路．

（1）同组的小明发现该电路连接存在问题，如果闭合图甲所示电路的开关，则电压表的示数约为3V，电流表的示数约为0A．
（2）小明主张拆了以后重新连接，可是时间来不及了，小刚在图甲电路中只改变了某根导线一端的接点位置，而后电路就能测量小灯泡的额定功率了．请在需要改动的导线上打“×”，并画出正确的接线．
（3）待改接好电路后，小刚同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的图象．根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.75 W，该图象不是直线，主要原因是灯丝的电阻随温度的升高而增大；
（4）实验过程中，若电流表烧坏，老师另给了一只电阻箱，小明利用电阻箱和余下部分器材设计了如图丙所示的电路，也测出了小灯泡的额定功率．小明的实验方法如下：
①根据电路图连接实物电路；
②只闭合开关S₁、S₃，调节滑动变阻器，使电压表示数为2.5V，小灯泡正常发光；
③断开S₃，闭合S₂，调节电阻箱，达到步骤②中同样的效果，读出相应的数值．
④根据有关公式，计算出灯泡的额定功率．

Answer 1

分析 （1）图示电路，电压表串联在电路中，电压表电阻很大，可认为电路断路，电压表测电源电压，电路电流为零，电流表无示数，灯泡不发光；
（2）根据电压表并联在灯泡两端，电流表串联在电路中，修改电路；
（3）从图丙中读出灯泡两端电压为2.5V时对应的电流值，然后根据P=UI求出灯泡的额定功率；灯丝的电阻随温度的变化而变化；
（4）将灯与变阻器串联接入电路中，首先移动变阻器的滑片P，使电压表示数为灯的额定电压2.5V，灯正常发光；在没有电流表的情况下，要测灯的额定功率，根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，求出灯正常发光时的电阻大小即可，为求出灯正常发光时的电阻大小，根据等效替代法，再将电阻箱与变阻器串联接入电路，通过调节电阻箱旋钮，使电压表示数保持不变，则此时电阻箱连入电路的阻值R₀即为灯正常发光时的电阻大小．

解答 解：（1）图示电路电压表串联在电路里，电路断路，电压表测电源电压1.5V×3=4.5V，电流表示数为0，此时小灯泡不发光；
（2）将灯泡与滑动变阻器相连的线去掉改接在电压表负极，电路图如图示：

（3）根据图乙可知，当灯泡两端电压为额定电压2.5V时，通过的小灯泡的电流为0.3A，故灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
因为灯丝的电阻与温度有关，灯丝的电阻随温度的升高而增大，因此电压和电流的图象为曲线．
（4）在上面分析的基础上，实验方案如下：①闭合开关S₁，S₃，移动变阻器的滑片P，使电压表示数为2.5V；
③利用测量出的物理量及已知量，则小灯泡额定功率的表达式P=$\frac{（2.5V）^{2}}{R}$．
故答案为：（1）3；  0；（2）如上图；（3）0.75； 灯丝的电阻随温度的升高而增大（4）②电压表示数为2.5V，小灯泡正常发光；③电阻箱．

点评 本题 测定额定电压为2.5V小灯泡的电功率，考查电路的连接、故障的分析、操作过程、额定功率的计算，决定灯亮度的因素、等效替代法及在没有电压表情况下设计实验方案测额定功率的能力，有一定难度．