Question

7．用小灯泡研究电学规律的几个实验．
（1）用图甲所示的电路图研究并联电路电流的特点．

①在连接电路时，开关应断开；将电流表接在电路中某处，当闭合开关试触时，发现电流表的指针偏转如图乙所示，原因是电流表的正负接线柱接反了；
②实验中可用电流表分别测出电路中三个位置的电流来寻找规律，以下取点组合合适的是A
A．EAD    B．EDF     C．FCD     D．FAB
（2）用图甲研究并联电路电压的规律（其中两只灯泡的阻值不相等）．
①完成图丙中未完成的连接，要求电压表测L₂两端的电压；
②用电压表分别准确测量了L₁和L₂两端的电压，则这两个电压值应相等（相等/不相等）．
（3）用图丁的电路比较灯泡的亮度．
①闭合开关后，发现两灯均不亮，且两个电压表的示数为均0V．你认为出现这种情况的原因可能是滑动变阻器断路或甲、乙两灯泡同时短路．
②恢复正常后，闭合开关，多次移动滑动变阻器滑片后，均发现甲灯较亮，且测量甲灯电压的电压表示数也较大．对此的合理解释是：两灯串联时，通过灯泡的电流相等，电压越高，电流做的功越多，因此灯越亮．
（4）用戊图测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率
①实验原理：P=UI；
②闭合开关后，小明发现电压表示数只有0.8V，为测量灯泡的额定功率，他应向左移动滑动变阻器的滑片，直至电压表示数为2.5V时，并读出电流表的示数，可算出额定功率的大小．
③小明在实验时，不小心将电流表损坏，由于没有多余的电流表更换，老师取走电流表，并拿来一只定值电阻R₀，并提醒小明将它串联接在了原电路中接电流表的位置处（图未画出），请你帮助小明利用该电路测出灯泡的额定功率．
小明的实验步骤应该是：
Ⅰ．闭合开关，移动滑片使电压表示为2.5V；
Ⅱ．断开开关，将电压表拆下并联到R₀两端，读出电压表的示数为U₀；
Ⅲ．计算灯泡额定功率的表达式为P_额=$\frac{{U}_{额}{U}_{0}}{{R}_{0}}$（用已知量和测量表示，其中小灯泡的额定电压用U_e表示．）．

Answer 1

分析 （1）①连接电路时，为了安全，开关必须处于断开状态；
当电流表的正负接线柱接反后，电流表的指针将反向偏转；
②探究并联电路电流的规律时，需测量干路电流和各支路电流；
（2）①两灯泡并联接入电路，电压表测L₂两端的电压．
②并联电路两端电压相等．
（3）根据图丁可知，滑动变阻器以及两灯泡串联，电压表分别测量两灯泡两端电压；
①当电路发生断路时，电压表的正负接线柱都不能与电源相连时，电压表的示数为零；
电压表被短路时，电压表的示数为零；
②串联电路中处处电流相等；根据W=UIt可知灯泡做功的多少；
（4）①测量灯泡额定功率的原理：P=UI；
②当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡正常发光；根据串联电路分压的特点确定滑片移动的方向；
③在电流表不能使用时，可以把已知阻值的定值电阻串联到电路中，当小灯泡正常工作时，利用电压表测出定值电阻两端的电压，再根据欧姆定律求出电流，即为小灯泡的额定电流，再根据P=UI求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1））①连接电路时，开关必须处于断开状态；
根据图乙可知，电流表指针反偏，因此电流表的正负接线柱接反了；
②探究并联电路电流的规律时，需测量干路电流和各支路电流；
A、E为干路中的一点，AD分别为两条支路中对应的点，因此A中的组合合适；
B、EF都为干路中的一点，D为一条支路中对应的点，因此B中的组合不合适；
C、F为干路中的一点，CD为同一条支路中对应的两点，因此C中的组合不合适；
D、F为干路中的一点，AB为同一条支路中对应的两点，因此D中的组合不合适；
故选A；
（2）①已知电源电压为4.5V，因此电压表选择0～15V的量程；
使两灯泡并联，电压表并联在L₂两端的电压；如下图所示：

②因为并联电路两端电压相等，因此用电压表分别准确测量了L₁和L₂两端的电压，则这两个电压值应相等；
（3）①如果电路发生断路，并且两个电压表的示数为均0V，则电路故障为滑动变阻器断路；
如果电路发生短路，并且两个电压表的示数为均0V，则电路故障为甲、乙两灯泡同时短路；
②因为串联电路处处电流相等，所以通过灯泡的电流相等，灯泡两端电压越高时，由W=UIt可知，电流做的功越多，因此灯越亮．
（4）①测量灯泡额定功率的原理：P=UI；
②闭合开关后，小明发现电压表示数只有0.8V小于灯泡的额定电压，要测量灯泡的额定功率，需减小滑动变阻器两端电压，即减小滑动变阻器接入电路的阻值，故需将滑片向左移动，直至电压表的示数为2.5V时，并读出电流表的示数，可算出额定功率的大小；
③要测小灯泡的额定功率，必须测出额定电压下小灯泡的电流； 在电流表不能使用时，可以把已知阻值的定值电阻串联到电路中，当小灯泡正常工作时，利用电压表测出定值电阻两端的电压，再根据欧姆定律求出电流，即为小灯泡的额定电流，再根据P=UI求出灯泡的额定功率，所以改变后的实验方案电路图如图所示：

主要实验操作步骤：
Ⅰ、闭合开关，移动滑片使电压表示为2.5V；
Ⅱ、断开开关，将电压表拆下并联到R₀两端，读出电压表的示数为U₀；
Ⅲ、小灯泡额定功率的表达式：P_额=$\frac{{U}_{额}{U}_{0}}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）①断开；电流表的正负接线柱接反了；②A；（2）②相等；（3）①滑动变阻器断路或甲、乙两灯泡同时短路；②电流；电流做的功；（4）①P=UI；②左；电压表的示数为2.5V；电流表的示数；③Ⅰ、闭合开关，移动滑片使电压表示为2.5V；Ⅱ、断开开关，将电压表拆下并联到R₀两端，读出电压表的示数为U₀；Ⅲ、$\frac{{U}_{额}{U}_{0}}{{R}_{0}}$．

点评 本题综合探究了并联电路电流、电压的规律，灯泡明暗程度的决定因素以及测量小灯泡的额定功率；难度是没有电流表的情况下测量灯泡额定功率的实验设计，关键是测量小灯泡额定电流的方法，在不能直接测量时，应根据串并联电路电流特点着手设计实验．