Question

1．如图甲是王锐用电压表和电流表测额定电压为2.5V灯泡的额定功率的电路．
 （1）请补全电路，将电压表连入甲图电路图中测量小灯泡电压．
（2）为了测额定功率，闭合开关，缓慢移动滑片，直至电压表示数为2.5V时停止移动滑片．此时电流表的示数如图乙所示，则灯泡的额定功率是0.5W，若此时将小灯泡换成“2.5V 0.6W”的另一小灯泡，那么该小灯泡的实际功率小于0.6W（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）若没有电流表，王锐想利用一个电压表和一个电阻箱测量小灯泡的额定功率，电路图如方案一．选择了满足实验要求的实验器材，并按照方案一所示的电路图连接好实物．以下是设计的实验方案，请将它补充完整：
①只闭合S₁，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V；
②保持滑片不动，只闭合S₂，调节电阻箱，当电压表示数为2.5V时，读出电阻箱的阻值R₀；
③利用上述测量出的物理量及已知量，写出小灯泡额定功率的表达式是：P=$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．
（4）若利用方案2所示的电路测出了灯泡L的额定功率，图中R为阻值已知的定值电阻，还缺两个开关和一只电表（电流表或电压表），请在上图方案2虚线框内补上这三个元件的符号，使电路完整．实验操作简单．

Answer 1

分析 （1）通过灯泡额定电压，确定灯泡量程，并联在灯泡两端．
（2）测额定功率，移动滑动变阻器使电压表示数为额定电压，读出电流表示数，由P=UI计算电功率．更换小灯泡后，计算出更换前后灯泡电阻，根据串联分压，确定小灯泡两端实际电压，判断实际功率．
（3）根据电路中没有电流表，不能直接测量小灯泡电功率，根据实验方案部分文字同时结合电功率计算公式，确定由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算电功率，确定实验方案．
（4）通过R为阻值已知的定值电阻，结合电路结构确定使用电压表、两个开关，从而确定开关和电压表位置．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表选择0～3V的量程，同时并联在灯泡两端，如图所示．

（2）测灯泡的额定功率，移动滑片P使电压表示数为额定电压2.5V，读出电流表示数I=0.2A，
灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W，原来灯泡的电阻R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.2A}=12.5Ω$，
更换后灯泡的电阻R′=$\frac{{U}^{2}}{P}=\frac{（2.5V）^{2}}{0.6W}≈10.42Ω$，
根据串联分压，更换后的灯泡电阻较小，则“2.5V 0.6W”灯泡分得的实际电压较小（小于2.5V），其实际功率较小，小于0.6W．
（3）根据电路图和方案中的提示文字可知，这是利用P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$来测量小灯泡额定功率，
具体的步骤为：
①只闭合S₁，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.5V；
②保持滑片不动，只闭合S₂，调节电阻箱，使电压表示数为2.5V，
根据串联分压规律可知，当电压表示数均为2.5V时，电阻箱的电阻等于灯泡正常发光时的电阻，
小灯泡额定功率的表达式P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}=\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$．
（4）R为阻值已知的定值电阻，结合电路结构确定使用电压表、两个开关来测量小灯泡额定功率，如下图所示．
实验步骤：①闭合S、S₂，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V；
②断开S₂，闭合S₁，读出电压表示数U．
③由串联分压规律可知，U_R=U-U_灯=U-2.5V；通过R的电流：I_R=$\frac{{U}_{R}}{R}$，
所以，灯泡的额定功率：P=U_灯I_灯=$\frac{2.5V×{U}_{R}}{R}$．

故答案为：（1）如图所示；
（2）电压表示数为2.5V；0.5；小于；
（3）①只闭合S₁，移动滑动变阻器滑片；
    ②保持滑片不动，只闭合S₂，调节电阻箱；
    ③$\frac{（2.5V）^{2}}{{R}_{0}}$；
（4）如上图所示．

点评 本题考查了测量电功率实验中的电路连接、电功率的计算、电路设计，这个题难度比较大，需要学生对电路设计非常熟悉．