Question

11．在做“测定小灯泡额定功率”的实验中，有如下器材：被测小灯泡（额定电压为3.5V，阻值约为10Ω）、电源（电压为6V）、滑动变阻器（10Ω，1A）、电压表（0～3V，0～15V）、定值电阻R₀（5Ω，1A）、开关各一个，导线若干．
（1）请用笔划线代替导线，将图甲中电压表接在小灯泡两端（导线不得交叉）．
（2）闭合开关前，将滑动变阻器的滑片移到左（选填“左”或“右”）端．闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某一位置，使电压表的示数U₁=3.5V．
（3）保持滑动变阻器滑片的位置不变，断开开关，将电压表改接在R₀两端．请在图乙虚线框中画出相应电路图．

（4）闭合开关，电压表示数U₂如图丙，则小灯泡的额定功率为1.05W．
（5）实验过程中小明认为上面实验要拆电路、移动电压表有些麻烦，他设计了下面四种电路，你认为哪个是正确的D

Answer 1

分析 （1）根据灯的额定电压确定电压表的量程，电压表并联在灯的两端；
（2）闭合开关前，滑片置于阻值最大处；
（3）将电压表并联在定值电阻两端，根据实物图画出对应的电路图；
（4）因滑片位置不动，电路中的电流大小不变，各用电器的电压不变，由图丙电压表小量程读出电压表的示数；根据（3）中的电路图求出灯正常工作时的电流大小，根据P=UI求灯的额定功率；
（5）明确在不拆接电压表且只一个电压表和一个定值电阻的条件下，电压表和定值电阻应起到电流表的作用，所以定值电阻和灯应串联．因灯丝的电阻随温度的变化而变化，所以在操作过程中，灯要始终正常发光；首先应使灯正常发光，所以电压表应并联在灯的两端，通过开关的转换再使电压表测灯与定值电阻的总电压，据此分析作答．

解答 解：（1）灯的额定电压为3.5V，所以电压表选用大量程，将电压表并联在灯的两端，如下图所示；


（2）闭合开关前，为保护电路，滑片应置于阻值最大处，即移动到左端；闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某一位置，使电压表的示数U₁=3.5V；
（3）保持滑动变阻器滑片的位置不变，断开开关，将电压表改接在R₀两端，画出对应的电路图，各元件顺序与原实物图一一对应，如下图所示：


（4）图丙中电压表小量程分度值为0.1V，示数为1.5V；因滑片位置不动，上面的两个电路的连接关系没有改变，电路中的电流保持不变，各用电器两端的电压保持不变，在（3）电路图中，通过定值电阻的电流大小，即电路中的电流I=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}=\frac{1.5V}{{R}_{0}}$=0.3A，等于（2）中灯正常发光时的电流大小，所以灯的额定功率P=UI=3.5V×0.3A=1.05W；
（5）实验过程中小明认为上面实验要拆电路、移动电压表有些麻烦，在不拆接电压表只通过开关的转换要达到同样的效果，应满足的要求：首先将电压表表并联在灯的两端，移动滑片使灯正常发光；保持滑片的位置不动，通过开关的转换，使电压表测灯和定值电阻两端的总电压U_LR，因各用器的电压保持不变，所以定值电阻的电压大小U_R=U_LR-U_L，通过其电流大小I_L=$\frac{{U}_{LR}{-U}_{L}}{{R}_{0}}$，即灯正常发光时的电流，根据P=U_LI_L可求灯的额定功率．
在上面的设计的四个方案中，B选项中的方案，表面上看似乎也符合上述的条件，但在具体操作过程中，如果电压表不拆接的前提下，总会使其中一个电压表的正负接线柱接反，而使实验无法完成；只有D选项符合上面的要求，故选D．
故答案为：（1）如上图一所示；
（2）左；
（3）如上图二所示；
（4）D．

点评 本题测量小灯泡的电功率，在没有电流表的情况下如何测额定电功率是本题的难点，主要考查学生设计实验方案的能力，综合性强，难度较大．在（5）中，选项B是本题的易错的地方，要注意理解体会．