Question

8．小明用图1所示电路来测量小灯泡的电功率（部分实验器材的规格已标明）．

（1）请用笔画线代替导线将图1中滑动变阻器连入电路，使之接入电路的阻值最大；
（2）实验中，小明发现无论怎样调节滑动变阻器，两电表指针始终处于图2所示位置，则在③④和③⑥及⑤⑦之间，有导线③⑥出现了断路（选填“短路”或“断路”）；
（3）故障排除后，小明从滑动变阻器接入电路阻值最大时开始记录数据，得到小灯泡U-I图如图3所示．则小灯泡的额定功率是0.75W，所用滑动变阻器的规格是下列四个选项中的C（选填选项前字母）
A．“10Ω，2A”B．“20Ω，2A”C．“25Ω，2A”D．“30Ω，2A”
（4）若实验中电流表坏了，为了测量小灯泡的额定功率，小明选用一个R₀=5Ω的电阻，设计了如图4电路及实验方案：
①调节滑片使电压表的示数为额定电压；
②保持滑片位置不变，只将电压表的a点接线改接到c点，测出R₀两端的电压U₀，通过计算得到小灯泡的额定功率．
指出他的设计方案中存在的两个问题：
问题一：无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光；
问题二：只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反，无法测出R₀两端的电压．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器串联在电路中，且要接一上一下；
（2）电流表无示数，则电路断路，电压表等于电源电压，则与电压表并联的电路断路；
（3）根据图1确定灯泡的额定电压，由图3确定额定电流，根据P=UI计算出额定功率；
根据图象确定变阻器最大时，其两端的电压和电路中的电流值，根据欧姆定律计算出变阻器的最大阻值；
（4）根据串联电路的特点分析灯泡是否能够正常发光；
电压表并联在电路中，电流应由正接线柱流入，负接线柱流出．

解答 解：（1）由图1知，变阻器滑片在最右端，要使其阻值最大，下面应接左边的接线柱，如图所示：

（2）由图2知，电流表的示数为零，电压表的示数约等于电源电压，说明与电压表并联的灯泡发生了断路现象，即③⑥之间发生了断路；
（3）由图1知，灯泡的额定电压为2.5V，由图3知，当U=2.5V时，I=0.3A，则灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
由图象知，当灯泡两端电压最小时，变阻器的阻值最大，可知此时U_滑=3V-0.5V=2.5V；
此时电路中的电流为0.1A，则滑动变阻器的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.5V}{0.1A}$=25Ω，所以滑动变阻器的规格是“25Ω，2A”，C正确；
（4）由题意知，电源电压约为3V，灯泡正常发光时电阻约为R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8Ω，当变阻器电阻为零时，设灯泡两端的电压为U′，根据串联电路的特点：$\frac{U′}{{R}_{L}}$=$\frac{3V-U′}{{R}_{0}}$，
即$\frac{U′}{8Ω}$=$\frac{3V-U′}{5Ω}$，
解得：U′≈1.8V，所以无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光；
保持滑片位置不变，只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反，无法测出R₀两端的电压．
故答案为：（1）如上图；（2）③⑥；断路；（3）0.75；C；（4）无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光；只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反，无法测出R₀两端的电压．

点评 本题是测量小灯泡的额定功率实验，考查了电路的连接、电路故障的分析、电流表的读数及电功率的计算，同时考查了对实验设计的分析，关键掌握测量的原理及电表的使用方法．