Question

10．用图甲所示的电路图测量小灯泡的电功率，电源电压为3V，小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时电阻约为10Ω．

（1）用笔画线表示导线，选好电流表量程，将图乙电路连接完整；
（2）连接电路时，开关应处于断开状态；
（3）闭合开关后，小灯泡不发光，电流表无示数，电压表示数为3V，产生该现象的原因可能是B．（填序号）
A．小灯泡短路      B．小灯泡断路     C．电流表接触不良      D．电流表短路
（4）排除故障后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P到某一点，电压表示数如图丙所示，此时小灯泡两端的电压为2.2V．若要测量小灯泡的额定功率，应将图乙中滑动变阻器的滑片P向D（选填“C”或“D”）端移动，使电压表的示数为2.5V．根据该组同学实验得到的I-U图象（图丁所示）信息，小灯泡的额定功率为0.55W．
（5）假如电压表已经损坏，要测出小灯泡的额定功率，小明同学向老师借了一个阻值为R₀=10Ω电阻和一个电流表两个开关，借助部分现有的实验器材，也完成了该实验．请你在图戊中画出小明可能设计的电路图．电功率的表达式为2.5V×（I_并-0.25A）．

Answer 1

分析 （1）电流表与灯泡串联，求出灯正常工作时的电流大小，确定电流表的量程，变阻器滑片右边电阻丝连入电路中；（2）连接电路时，开关应处于断开状态；
（3）闭合开关灯不亮、电流表无示数，可能是电路断路；电压表有示数为电源电压，说明电压表与电源两端是连通的，电压表并联电路之外不存在断路；综合分析知电路故障原因是：小灯泡断路；
（4）根据图丙电压表小量程读数；比较电压表示与额定电压的大小，根据分压原理确定滑片移动的方向，直到电压表为2.5V；根据I-U图象，找出额定电压下的电流，根据P=UI求出小灯泡的额定功率；
（5）在没有电流表的情况下，定值电阻和与其串联的电流表应起到电压表的作用，要判断灯正常发光，应把灯与其并联．通过移动滑片使灯正常发光，然后通过开关的转换，使电流表测出灯与定值并联的电流I_并，根据各用器的电压不变，通过定值电阻的电流不变，求出灯正常工作时的电流I_L，根据P_额=U_额I_额求灯的额定功率．

解答 解：（1）当灯泡正常发光时电路中的电流大约为I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，灯泡的额定电流大约为0.25A＜0.6A，所以电流表的量程为0～0.6A，且与灯泡串联；滑动变阻器按一上一下的原则与电流表串联，如下图1所示：
（2）为保护电路，连接电路时，开关应处于断开状态；
（3）经分析，闭合开关后，小灯泡不发光，电流表无示数，电压表示数为3V，产生该现象的原因可能是小灯泡断路，答案选B；
（4）由图丙知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，则灯泡两端的电压为2.2V＜2.5V，则为了测小灯泡的额定功率，要增大灯的电压减小变阻器分得的电压，根据分压原理应减小变阻器连入电路 中的电阻大小，所以向D端移动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V；
根据图丁I-U图象，得出灯泡正常工作时的电流I=0.22A，灯泡的额定功率P=U_LI=2.5V×0.22A=0.55W；
（5）①设计的电路如下图2所示：

只闭合S_l、S₂，移动变阻器的滑片使电流表的示数为0.25A，则定值电阻的电压为U_定=I_定×R₀=0.25A×10Ω=2.5V，与定值电阻并联的灯的电压为2.5V，灯正常发光；
②保持滑片的位置不动，断开S₂，闭合S₃，读出电流表的示数I_并．因电路的连接关系没有改变，各用电器的电压不变，灯仍正常发光，通过定值电阻的电流保持不变，根据并联电路电流的特点，通过灯的电流I_L=I_并-0.25A，则灯的额定功率P_额=2.5V×（I_并-0.25A）．
故答案为：（1）如上图1所示；
（2）断开；
（3）B；
（4）2.2；D；0.5；2.5；0.55；
（5）如上图2所示；2.5V×（I_并-0.25A）．

点评 本题测量小灯泡的电功率，考查电路的连接、实验注意事项、故障的分析、操作过程、额定功率的计算及设计实验方案的能力，综合性强，难度较大．