Question

5．小刘和小强在实验室做实验时，发现小灯泡上有“2.5V，***W”的字样，其中额定功率看不清楚，他想要测量该灯泡额定功率，所用器材有电压为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡，以及滑动变阻器、电压表、电流表、开关和导线若干．

（1）小刘正确连接电路并检查后，闭合开关，发现电流表有示数，但灯泡不亮，原因可能是灯泡短路．
（2）该实验的原理是P=UI
（3）小刘通过移动滑片P，分别记下了多组对应电压表和电流表的读数，并绘制成了如右图所示的U-I图象．根据U-I图象提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W．
（4）若实验室提供的滑动变阻器有A：“10Ω  1.5A”、B：“20Ω  1A”两种规格，则本实验中应选用滑动变阻器的规格为B（填对应符号）；
（5）小强经过简单思考，觉得利用这个灯泡可以测量未知电阻R_x的阻值，他设计了图丙的电路并进行如下操作：
a．闭合开关S₁，断开S₂，读取电流表示数I₁，b．断开开关S₁，闭合S₂，读取电流值I₂，
c．根据U-I图象，找到灯泡对应压值为U，
则待测电阻的表达式为Rx=$\frac{U}{{I}_{2}}$（利用题中字母表示）．
（6）小刘观察了小强的实验后，觉得还可以改成图丁电路，这样就可以通过调节滑动变阻器来获得多组数据以减小误差，他的做法是错误（选填“正确”“错误”）的，原因是不能保证Rx和小灯泡两端的电压一定相等．

Answer 1

分析 （1）若灯泡处开路，则电流表无示数，此时电压表的正负接线柱与电源两极相连，电压表有示数，若灯泡处短路，则电流表有示数，此时电压表也被短路，电压表无示数，据此判断电路故障；
（2）根据P=UI的原理求得小灯泡的额定功率；
（3）根据U-I图象提供的信息，在电压是2.5V时，电流为0.2A，由P=UI求得小灯泡的额定功率；
（4）求出变阻器应分得的电压，根据分压原理求变阻器连入电路中的最小阻值，从而确定变阻器的规格；
（5）R_x与L并联，对应图象找出小灯泡的电压U，测得Rx的电流，由欧姆定律可求．
（6）图丁不能保证Rx和小灯泡两端的电压一定相等，此时为一混联电路，电路错误．

解答 解：（1）闭合开关，发现电流表有示数，但灯泡不亮，有分析知灯泡只可能短路，如断路，电流表没示数，故原因可能是灯泡短路；
（2）伏安法测功率的原理是P=UI；
（3）根据U-I图象提供的信息，在电压是2.5V时，电流为0.2A，由P=UI=2.5V×0.2A=0.5w；
（4）灯的额定电压为2.5V，由图乙可得R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，灯泡正常发光，变阻器要分去6V-2.5V=3.5V的电压，根据分压原 理 $\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$，滑动变阻器连入电路中的阻值至少为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5V}{2.5V}$×12.5Ω=17.5Ω，据欧姆定律，灯正常工作时的电流为0.2＜1A故选用B规格“20Ω 1A”的变阻器；
（5）闭合开关S₁，断开S₂，读取电流表示数I₁，对应图象找出小灯泡的电压U，即为未知电阻的电压，断开开关S₁，闭合S₂，读取电流值I₂，由欧姆定律Rx=$\frac{U}{{I}_{2}}$；
（6）图丁这个图不能保证Rx和小灯泡两端的电压一定相等，此时为一混联电路，故改成图丁电路是错误的．
故答案为：（1）灯泡短路；（2）P=UI；（3）0.5；  （4）B；   （5）Rx=$\frac{U}{{I}_{2}}$； （6）错误；不能保证Rx和小灯泡两端的电压一定相等．

点评 这道题考查了电路故障、测电功率的工作原理、额定功率、滑动变阻器的选取以及欧姆定律的应用和电路分析，是一道非常综合的电学题．