Question

7．在“用伏安法测定小灯泡的电功率”实验中如图甲，小红同学所用电源电压不变，小灯标有“2.5V”字样．
（1）实验原理；连接电路时开关应处于断开（闭合/断开）状态．
（2）实验电路接好后，合上开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下表所列的两种情况，请根据现象和检测结果指出故障的可能原因：

故障现象	检测	故障原因
灯泡较暗、两表的示数均较小	移动滑动变阻器滑片，现象不变
电压表示数较大、电流表无示数	取下灯泡，两表的示数不变

（3）她正确连接电路，实验步骤正确，闭合开关时，电压表、电流表的示数分别为1.3伏和0.16安．然后她将滑动变阻器的滑片移动到中点位置时，发现小灯正常发光．接着她将滑片移动到另一端，发现小灯闪亮一下熄灭了，此时电流表的示数为0A，而电压表的示数如图乙（a）所示．于是她更换电压表量程，发现电压表的示数如图乙（b）所示，则电源电压为4.5V，滑动变阻器的最大阻值为20Ω，小灯的额定功率为0.5W．

Answer 1

分析 （1）测灯泡功率的实验原理是P=UI；为了保护电路，连接电路时开关应断开；
（2）灯泡较暗，电路电流较小，电路电阻较大，移动滑片，灯泡亮度、电压表和电流表的示数都不变，滑动变阻器不能改变电路电阻，并且电路电阻很大，可以判断故障原因；灯泡不亮，电流表无示数，电路断路，电压表示数较大，电压表与电源接通，取下灯泡，电压表和电流表的示数不变，可断定灯泡断路；
（3）灯泡闪亮一下熄灭，灯丝被烧断，电路断路，电路电流为零；灯泡额定电压是2.5V，电压表量程是3V，灯泡断路后电压表接在电源两端，电压表测电源电压，由a图知此时电压表示数超过量程3V，电源电压大于3V，电压表应换用15V量程；
确定电压表量程、最小分度值，由图可读出电压表的示数，即可测出电源电压；
根据串联电路特点求出滑动变阻器的电压，由欧姆定律求出滑动变阻器的阻值；
当滑片在中点位置时，灯正常发光，求出此时滑动变阻器接入电路的电阻，根据串联电路特点求出此时滑动变阻器两端的电压，由欧姆定律求出电路电流，由欧姆定律求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）测灯泡功率的实验原理是P=UI；为了保护电路，在连接电路时开关应断开；
（2）灯泡较暗，两表示数较小，根据欧姆定律可知，电路电阻较大，移动滑片，现象都不改变，所以滑动变阻器都接下面两个接线柱；
灯泡不亮，电流表无示数，电流断路，电压表有较大示数，取下灯泡，两表示数不变，可以断定灯泡断路；
（3）灯泡闪亮一下熄灭，灯丝被烧断，电路断路，电路电流为零；
由题意知，更换电压表量程，电压表量程是15V，最小分度值是0.5A，电压表示数是4.5V，
灯泡断路后电压表测量电源电压，所以电源电压U=4.5V．
闭合电路时，滑动变阻器阻值全部接入电路，由串联电路特点知：
滑动变阻器两端的电压U_滑=U-U_灯=4.5V-1.3V=3.2V，滑动变阻器阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.2V}{0.16A}$=20Ω．
滑片移动到中点位置时，滑动变阻器接入电路的电阻R'_滑=$\frac{{R}_{滑}}{2}$=$\frac{20Ω}{2}$=10Ω，
此时灯泡正常发光，电压等于额定电压2.5V，由串联电路特点知，
此时滑动变阻器的电压U'_滑=U-U_灯=4.5V-2.5V=2V，此时电路电流I=$\frac{{U'}_{滑}}{{R'}_{滑}}$=$\frac{2V}{10Ω}$=0.2A，
灯泡的额定功率P=U_灯I=2.5V×0.2A=0.5W． 
故答案为：（1）断开；（2）滑动变阻器下端的两个接线柱同时进入电路灯泡断路；（3）0；4.5；20；0.5．

点评 灯泡不亮可能是灯泡断路或灯泡以外的地方断路或灯泡短路，灯泡断路时，电路断路，电路中没有电流，电流表无示数，电压表串联联在电路中，电压表测量电源电压；
灯泡短路时，电路总电阻减小，电路电流增大，电流表示数增大，电压表测量导线电压，示数为0；
灯泡以外的地方断路，整个电路都处于断开状态，灯泡不亮，电压表和电流表都没有示数．