Question

15．在一次测量小灯泡额定功率的实验中，所用电源由两节新干电池串联组成，小灯泡上标有“2.5V”字样（小灯泡额定功率约为0.6W）．小刚连接了如图甲所示的电路．

（1）同组的小明发现该电路连接存在问题，如果闭合图甲所示电路的开关，则电压表的示数约为3V，电流表的示数约为0A．
（2）小明主张拆了以后重新连接，可是时间来不及了，小刚在图甲电路中只改变了某根导线一端的接点位置，而后电路就能测量小灯泡的额定功率了．请在需要改动的导线上打“×”，并画出正确的接线．
（3）待改接好电路后，小刚同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的图象．根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.75W，该图象不是直线，主要原因是灯丝电阻受温度的影响；
（4）小明想通过实验来比较灯泡“实际电压是额定电压一半时的电功率P₁”和“实际电流是额定电流一半时的电功率P₂”的大小，但小明的同学没有通过实验也比较出了它们的大小，P₁应大于P₂（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）实验过程中，小明这组的电流表烧坏，老师另给了一只电阻箱，他利用电阻箱和余下部分器材设计了如图丙所示的电路，也测出了小灯泡的额定功率．小明的实验方法如下：
①根据电路图连接实物电路；
②只闭合开关S₁、S₃，调节滑动变阻器，使电压表示数为2.5V；
③断开S₃，闭合S₂，调节电阻箱，达到步骤②中同样的效果，读出相应的数值．
④根据有关公式，计算出灯泡的额定功率P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）根据电流表和电压表的连接方法分析；
（2）电压表应并联在灯的两端，电流表串联在电路中；
（3）从图乙中读出灯泡两端电压为2.5V时对应的电流值，然后根据P=UI求出灯泡的额定功率．灯丝的电阻随温度的变化而变化；
（4）根据图象中电压为一半时的电流和电流为一半时的电压的大小，利用公式P=UI判定实际功率的大小．
（5）将灯与变阻器串联接入电路中，首先移动变阻器的滑片P，使电压表示数为灯的额定电压2.5V，灯正常发光；在没有电流表的情况下，要测灯的额定功率，根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，求出灯正常发光时的电阻大小即可，为求出灯正常发光时的电阻大小，根据等效替代法，再将电阻箱与变阻器串联接入电路，通过调节电阻箱旋钮，使电压表示数保持不变，则此时电阻箱连入电路的阻值R即为灯正常发光时的电阻大小．

解答 解：（1）由图可知，电流表与灯泡并联了，故灯泡被短路，电压表串联在电路中，此时电压表测量的是电源电压，电源由两节干电池组成，则电压表所示为3V；此时电路相当于断路，故电流表的示数为0A；
（2）电压表应并联在灯的两端，电流表应串联在电路中．将灯泡与滑动变阻器相连的导线去掉，并改接在电源负极，如下图所示．

（3）根据图乙可知，当灯泡两端电压为2.5V时，通过小灯泡的电流为0.3A，
则灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
因为灯丝的电阻与温度有关，所以灯泡的I-U图象为曲线．
（4）灯泡的I-U图象，如图所示：
；
灯泡的实际电压为其额定电压一半时，如图中红线所示，
灯泡的实际电流等于额定电流一半时，如图中绿线所示，
比较可知，灯泡的实际电压为其额定电压一半时，其电压与电流的乘积较大，即P₁＞P₂；
（5）在上面分析的基础上，实验方案如下：
①闭合开关S₁，S₃，移动变阻器的滑片P，使电压表示数为2.5V；
③断开S₃，闭合S₂，调节电阻箱，使电压表的示数仍然为2.5V，读出电阻箱连入电路的阻值R，此时电阻箱的阻值R与灯泡的电阻是相等的；
④灯泡正常发光时，其两端的电压为2.5V，灯泡的电阻与电阻箱的阻值R相同，
则小灯泡额定功率的表达式为：P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．
故答案为：（1）3；0；（2）如上图所示；（3）0.75；灯丝电阻受温度的影响；（4）大于；（5）②电压表示数为2.5V；③电阻箱；P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．

点评 本题考查了测量小灯泡电功率的实验，涉及电路故障的判断、电压表的读数、串联电路的分压作用及额定功率的计算，同时还考查了学生对图象的分析和处理能力，本实验需要注意灯丝的电阻随温度的变化而变化．