Question

12．在“测量小灯泡的电功率”实验中，小明连接了如图甲所示的电路．已知小灯泡标有“2.5V”字样，电源由4节新干电池组成，灯泡电阻约为10Ω，滑动变阻器甲的规格“10Ω 1A”、乙的规格“50Ω  0.5A”．

（1）请帮小明将电路补充完整（导线不能交叉）．
（2）连接电路时，开关应处于断开状态．滑动变阻器应选择乙（填“甲”或“乙”）．
（3）正确连接电路，进行实验，当灯泡两端电压为2.5V时，电流表的指针位置如图乙所示，则电流表的示数为0.34A，则小灯泡的额定功率为0.85W．
（4）实验要求改变小灯泡两端的电压进行多次测量，这样做是为了测量不同电压下小灯泡的实际功率．
（5）在评估与交流环节，其他小组提出如下问题，请你帮助解决．
①若将电路连接好后，闭合开关，发现小灯泡发光很暗，电流表、电压表有示数，任意移动变阻器滑片，小灯泡亮度不变，两表示数均不变，则故障原因是：滑动变阻器同时将下面的两个接线柱接入电路．
②为了比较发光二极管和小灯泡哪个更节能，某小组同学有一个发光二极管替换电路中的小灯泡，进一步测量发光二极管的电功率．闭合开关后，无论怎样调节滑动变阻器的滑片，发现此二极管都不发光，且电流表无示数，电压表有示数，经检查整个电路连接及元件均完好，则故障原因是：二极管正负接线柱接反了．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，灯泡连接不完整，把电流表、滑动变阻器与灯泡应串联接入电路即可．
（2）连接电路时，开关应断开；
每节干电池电压是1.5V，根据所用干电池的节数确定电源电压．由串联电路特点求出滑动变阻器两端的电压，然后由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的电阻．
（3）由图乙所示电流表确定电流表量程与分度值，读出电流表示数，由电功率公式求出灯泡额定功率；
（4）测不同电压下灯泡的电功率是为了比较不同电压下小灯泡实际功率的大小关系．
（5）①闭合开关，小灯泡亮度很暗，说明电路是通路，但电流较小，原因是电路电阻太大；同时滑动变阻器滑片移动，电流表、电压表示数不变，说明变阻器接入电路方法错误；
②电流表无示数，说明电路断路，但二极管正负接线柱接反后，二极管相当于断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连．

解答 解：（1）电流表、滑动变阻器与灯泡应串联接入电路，电压表并联在灯泡两端，如图：

（2）为保护电路，连接电路时，开关应断开；
灯泡正常工作时的电流：I=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
每节干电池电压是1.5V，则电源电压U=4×1.5V=6V，
根据串联电路的总电压等于各电阻两端的电压之和可得：
滑动变阻器两端的电压U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$得滑动变阻器接入电路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω，故滑动变阻器选乙；
（3）由图乙所示电流表可知，电流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，电流表示数是0.34A；
小灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.34A=0.85W．
（4）实验要求改变小灯泡两端的电压进行多次测量，这样做的目的是为了测量不同电压下小灯泡的实际功率．
（5）①闭合开关后，发现小灯泡的亮度很暗，说明电路电阻太大，电流太小；且无论如何移动滑动变阻器的滑片，电流表和电压表的示数均不变，其原因是滑动变阻器同时将下面的两个接线柱接入电路；
②电流表无示数，说明电路断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，因此电路故障为二极管正负接线柱接反了．
故答案为：（1）电路图如图所示；
（2）断开；乙；
（3）0.34；0.85；
（4）测量不同电压下小灯泡的实际功率；
（5）①滑动变阻器同时将下面的两个接线柱接入电路；②二极管正负接线柱接反了．

点评 本题考查了电源的构成、连接电路图、电流表读数、求灯泡功率、求滑动变阻器阻值、电路断路时的电路现象等问题，关键是明确发光二极管的单向导电性．