Question

10．一只小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时的电阻约为10Ω．小明想测量这个小灯泡的额定功率，实验室中有如下器材：一个电压表、一个电流表、一个开关、电压为6V的电源、滑动变阻器有A规格：“200Ω 2A”、B规格：“50Ω 1A”可选、导线若干．

（1）本实验应该选择B（选填“A”或“B”）规格的滑动变阻器，该实验中滑动变阻器的主要作用是调节滑动变阻器两端的电压使其达到额定电压．
（2）小明在连接好电路的最后一根导线时，发现电压表指针立刻偏到最大刻度处，小灯泡却不亮，且电流表也没有示数，上述现象反映他在操作中存在的不规范之处是连接电路时，没有断开开关，出现上述故障的原因可能是灯泡断路．
（3）排除故障后，小明发现他很幸运，电压表并没有因此而损坏．小明便开始进行测量，调节滑动变阻器滑片位置直到电压表读数为2.5V，小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则该小灯泡的额定功率为0.65W．
（4）完成上述实验后，小明进行了反思，如果刚才电压表被损坏了，能不能换成其它的实验器材来完成实验呢，经过思考，他用了一个已知阻值为R₀的电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的电路，也测出了灯泡的额定功率，请完成下列实验步骤：
①闭合开关S₁，将S₂拨到触点“1”，移动滑片，使电流表的示数为$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
②再将开关S₂拨到触点“2”，滑动变阻器的滑片应位置不变（填“向左调”、“向右调”或“位置不变”），读出电流表的示数I；
③灯泡额定功率的表达式为P_额=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）（用已知量和测量量表示）．

Answer 1

分析 （1）求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，然后选择滑动变阻器．该实验中滑动变阻器的主要作用是调节滑动变阻器两端的电压使其达到额定电压；
（2）根据电路现象分析答题．
（3）由图示电流表确定其量程与分度值，读出其示数，然后又P=UI 求出灯泡额定功率．
（4）根据电路图，应用并联电路特点、欧姆定律分析答题，完成实验步骤，求出功率．

解答 解：（1）灯泡正常发光时的电流约为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值：R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω，则滑动变阻器应选B．
该实验中滑动变阻器的主要作用是调节滑动变阻器两端的电压使其达到额定电压
（2）连接好电路的最后一根导线时，电压表指针立刻偏到最大刻度处，说明连接电路时没有断开开关；小灯泡不亮，可能电路存在断路或灯泡发生短路，电流表没有示数，说明电路存在断路，电压表指针指到最大刻度处，说明电压表与电源两端相连，电压表并联电路之外电路不存在断路，则与电压表并联的灯泡断路．
（3）由图示电流表可知，其量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.26A，灯泡额定功率：P=UI=2.5V×0.26A=0.65W．
（4）①闭合开关S₁，将S₂拨到触点“1”，此时电流表测定值电阻电流，要使灯泡正常发光，灯泡两端电压应为额定电压2.5V，此时定值电阻两端电压也是2.5V，要移动滑片，使电流表的示数为I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
②再将开关S₂拨到触点“2”，保持滑片的位置不动，读出电流表的示数I；
③灯泡额定功率的表达式为P_额=U_额I_额=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．
故答案为：（1）B；调节滑动变阻器两端的电压使其达到额定电压；（2）连接电路时，没有断开开关；灯泡断路；（3）0.65；（5）①$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；②位置不变；③2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

点评 本题考查了实验器材的选择、电路故障分析、电表读数、求功率、完成实验步骤等问题，是实验的常考问题，一定要掌握，对电表读数时，要先确定其量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直．