Question

小张用电源（电压未知）、一个阻值为40Ω的电阻、一个规格合适的滑动变阻器、一只实验用电压表、一个单刀双掷开关和若干导线．设计了一个电路，测额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率．实验电路如图所示．
（1）小张连好电路就发现灯的亮度太大，是因为______．
（2）小张纠正了错误，发现灯不亮了，于是他移动滑动变阻器，灯还是不亮，他将开关打到2位置时电压表没有示数，打到1位置时电压表偏转很大，则电路故障原因：______．
（3）将所有问题解决了，小张首先将开关打到2位置，移动滑动变阻器，直至电压表示数为2.5V时改变电压表量程并将开关打到1位置，电压表偏转程度恰与刚才相同，则灯泡的额定功率是多少？
（4）灯泡正常发光5分钟，电阻R消耗了多少电能？

Answer 1

解：（1）灯泡过亮说明灯泡两端的电压过大．电路中的电流过大，电阻过小，因此可能是滑动变阻器连入电路的阻值未处于最大值．
故答案为：滑动变阻器未处于最大值．
（2）将开关打到2位置时，电压表没有示数，故障可能是：①电路中有开路的位置；②灯泡和电压表被短路；
开关打到1位置时，电压表偏转很大，说明电压表可能测量了电源电压，且与电压表串联的滑动变阻器是连通的，因电压表与串联后的电阻和灯泡是并联的，则电路故障是：电阻和灯泡的串联部分电路出现开路地方；
综上所述可知，电路故障原因是：电阻R上出现开路．
故答案为：电阻R上出现开路．
（3）将开关打到2位置，电压表示数为2.5V，开关打到1位置，电压表偏转程度恰与开关打到2位置时相同，则电压表的量程是大量程15V，示数为12.5V．
则U_R=U-U_L=12.5V-2.5V=10V，
∴I===0.25A，
∴P_额=P_实=U_LI=2.5V×0.25A=0.625W．
答：灯泡的额定功率是0.625W．
（4）灯泡正常发光时，电阻R消耗的电能：
W_R=U_RIt=10V×0.25A×5×60s=750J．
答：电阻R消耗的电能为750J．
分析：（1）灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率，连好电路发现灯的亮度太大，表明灯泡两端的实际电压高于额定电压，根据电路的连接方式分析灯泡电压会过大的原因．
（2）首先分析引起开关打到2位置时电压表没有示数和打到1位置时电压表偏转很大的各种电路故障情况，然后归纳即可．（3）根据开关打到2位置和打到1位置，电压表偏转程度相同，得出电压表的示数，然后根据串联电路的特点和欧姆定律求出电路中的电流，再由P=UI求的额定功率．
（4）灯泡正常发光时，根据电阻R的电压和电流值，利用W=UIt可求电阻R消耗电能．
点评：本题主要考查了电路故障的分析，能利用串联电路的特点和欧姆定律解答即可，但正确分析理解电压表有示数和示数很大，是解答本题第二问的关键．