Question

16．小娜用一只标有2.5V字样的小灯泡做“测定小灯泡的电功率”实验．

（1）请根据甲图用笔画线将乙图实物电路图连接好，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于C（填“C”或“D”）端；
（2）连接好电路，小娜闭合开关，发现灯泡不亮，电压表有示数，电流表无示数，任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变，则产生这种故障的原因可能是灯丝断了；
（3）排出故障后，为测定小灯泡的额定功率，应调节滑动变阻器的滑片使得电压表示数为额定电压，此时电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是1W；
（4）小娜还想利用上述实验装置测量一段电炉丝的电阻R_x，可是连接电路时发现电流表已烧坏，请你利用现有器材（电压未知的电源、量程合适的电压表、最大阻值已知为R₀的滑动变阻器、开关各一个、导线若干），帮助小娜设计一个能测出电炉丝电阻的电路，并将对应电路图画在虚线框内，简要写出实验步骤并写出R_x的表达式．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程，且与灯泡并联；根据丙图知电流表量程，且与灯泡串联，注意电表正负接线柱的连接；滑动变阻器的两接线柱一上一下的串联在电路中；闭合开关前，滑片应滑到最大值处；
（2）电压表有示数说明电压表两接线柱与电源之间是通路，电流表无实数、小灯泡始终不亮说明电路断路，即电压表并联部分断路；
（3）由图丙读出灯泡正常发光时的电流，根据P=UI计算灯泡的额定功率；
（4）可用电压表和待测电阻并联，让滑阻调到最小、最大两个位置，分别读出电压表读数U₁、U₂，U₂是P在变阻器最大值时待测电阻R_X的电压，根据串联电路特点和欧姆定律可计算待测电阻的阻值．

解答 解：
（1）灯泡的额定电压2.5V，所以电压表使用0-3V量程，且与灯泡并联；根据丙图知电流表量程0-0.6A，且与灯泡串联，注意电表正负接线柱的连接；
滑动变阻器的两接线柱一上一下的串联在电路中．为了保护电路，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应置于最大值A端．如图所示：
；
（2）连好电路闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电压表有示数说明电压表两接线柱与电源之间是通路．电流表无示数，说明电压表并联部分断路，即电压表串联接入电路中，所以任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变．故障的原因可能是灯丝断了；
（3）灯泡正常发光时电压为2.5V，由丙图，电流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，示数为0.4A，
所以灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.4A=1W；
（4）电路如图所示：
；
实验步骤为：
①闭合电路，先调节滑动变阻器使得接入电路电阻为0，记下电压表的示数U₁也就是电源电压；
②再调节滑动变阻器使得接入电路电阻为最大值R₀，记下电压表的示数U₂，则此时电路电流为 I=$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$；
③待测电阻R_X=$\frac{{U}_{2}}{\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．
注意：若先调节滑动变阻器使得接入电路电阻为最大值，记下电压表的示数U₁，后调节滑动变阻器使得接入电路电阻为0，记下电压表的示数U₂，则结果表达式为$\frac{{U}_{1}{R}_{0}}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．
故答案为：（1）见上图；（2）灯丝断了；（3）1；（4）步骤和表达式见上．

点评 本题本题考查电路连接、故障判断、电表读数、欧姆定律和电功率的计算等，在考查利用电压表和滑动变阻器来测量未知电阻的阻值，要让滑动变阻器和待测电阻串联，利用滑阻的最大最小值和电压表的两次读数来求未知电阻的阻值．