Question

4．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，已知被测灯泡的额定电压为2.5V，实验台上给小明提供的器材有：6V蓄电池、电流表（0-0.6A、0-3A）、电压表（0-3V、0-15V）、“50Ω、1A”和“10Ω、1.5A”两种规格的滑动变阻器，额定电压为2.5V的小灯泡（正常发光时的电阻约为10Ω）、开关各一个，导线若干．

（1）为顺利完成实验，小明在实验中应选用规格为50Ω、1A的滑动变阻器．
（2）如图1所连的实物图有一条导线连错，请在错误导线上画“×”，同时补画出正确的连线．
（3）电路改正后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，原因可能是小灯泡短路．
（4）排除故障后，小明闭合开关，调节滑动变阻器的滑片到某一位置，电压表的示数如图2所示，此时电压表的示数为2.4V，继续调节滑片使小灯泡正常发光后，电流表的示数如图2所示，则小灯泡的额定电功率为1.2W．
（5）在这次实验中，小明还尝试了在无电流表的情况下，测量小灯泡的额定电功率，老师给他补充了一个已知电阻R₀和一个单刀双掷开关，请你帮助他把实验步骤补充完整（图3为小明的实验电路图）
简要实验步骤：
A、闭合S₁，S₂接2，调节滑动变阻器，使电压表的示数为2.5V；
B、将开关S₂拨到触点1，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U；
小灯泡额定功率表达式：P_额=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器要分去6V-2.5V=3.5V，由分压原理可求出变阻器的最小电阻，由此确定变阻器的规格；
（2）电压表并联在变阻器与灯两端了；
（3）灯泡不亮，可能是灯泡断路或灯泡短路或灯泡之外电路存在断路；电压表无示数，可能是灯泡短路，或电压表并联电路之外存在断路，或者是电压表断路；电流表有示数，说明电路不存在断路；综合分析可知，电路故障是灯泡短路；
（4）确定电压表、电流表的分度值读数，根据P=UI求额定功率；
（5）当灯泡两端电压等于额定电压时，灯泡正常发光，因此先让电压表测量灯泡两端电压，使灯泡正常发光，然后测量出灯泡和定值电阻两端的电压，再结合串联电路的特点和欧姆定律求出电路中的电流，最后根据P_额=U_额I表示出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）已知被测灯泡的额定电压为2.5V，滑动变阻器要分去6V-2.5V=3.5V，由分压原理$\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$，变阻器的最小电阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5}{2.5}$×10Ω=14Ω，
选“50Ω、1A”规格的滑动变阻器；
（2）连接电流表右接线柱与电压表左接线柱的导线错误，电压表应并联在灯的两端，同时电压表应选用小量程，如图所示；
（3）电流表有示数说明电路是通路；小灯泡不亮、电压表无示数，说明与电压表并联的小灯泡被短路，电压表测导线的电压，所以，原因是小灯泡短路；
（4）电压表选用小量程，分度值为0.1V，示数为2.4V，电流表选用小量程，分度值为0.02A，示数 为0.5A，因此时时小灯泡正常发光，则小灯泡的额定电功率P_额=U_额I=2.4V×0.5A=1.2W；
（5）①闭合开关S_l，将S₂拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为2.5V；
②再将开关S₂拨到触点1，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U，因电路的连接没有改变，各电阻的电压保持不变，所以，此时灯泡仍正常发光，由于串联电路两端电压等于各部分电压之和，定值电阻R₀两端的电压为U-2.5V，由欧姆定律可得，此时通过灯泡的电流等于通过定值电阻的电流I=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，小灯泡的额定电功率为P_额=U_额I=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）50Ω　1A；
（2）如上图所示；　
（3）小灯泡短路；
（4）2.4；1.2；
（5）将开关S₂拨到触点1，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U；2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．

点评 本题测小灯泡的额定功率，重点考查器材的选用、常见故障的分析、判断．最后一问，在没有电流表的情况下测额定功率，要求学生设计实验方案，对能力要求较高．