Question

3．在“测定小灯泡的电功率”实验中，选用如图甲所示的器材，其中电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V（灯丝电阻约为12Ω），实验桌上提供有如下器材：电源（电压6V且恒定不变）、电流表、电压表、开关、滑动变阻器（50Ω 1A）各一只，导线若干．

（1）晓松同学所在实验小组利用如图甲所示的电路进行实验．
①用笔画线代替导线，将图甲所示的实物电路连接完整．
②闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P的过程中，观察到电流表示数几乎接近最大值时，小灯泡仍然不亮，且电压表无示数，其原因可能是小灯泡短路．
③排出故障后，闭合开关，移动滑片P至电压表的示数如图乙所示，其读数为2.2V．要使小灯泡正常发光，滑片P应向B（选填“A”或“B”）端移动．
④多次改变滑片P的位置，获得多组对应的电压、电流值，并绘制出如图丙所示的图象．由图象可知，小灯泡的额定功率是0.5W．
（2）晓丽同学所在的实验小组的滑动变阻器已损坏（其他器材和规格不变），老师提供了另一只滑动变阻器（10Ω 1A），小组同学讨论后发现，若要继续用已连接完整的图甲所示电路来测出小灯泡的额定功率，至少还要在原电路中串联（选填“串”或“”并）一个7.5Ω的电阻．

Answer 1

分析 （1）①根据灯泡的额定电压和电阻求出正常工作时的电流，就此判断出电流表的量程，电流表应与小灯泡串联；
②电流表有示数说明电路为通路，电压表无示数示数说明电压表被短路；
③认清电压表的量程、分度值后读数；测灯泡的额定功率应使小灯泡两端电压为额定电压；
④由图丙读出小灯泡两端电压为额定电压时的电流值，利用公式P=UI，计算额定功率；
（2）根据灯泡正常工作时的电流，计算电路中的总电阻，进而求出定值电阻的阻值．

解答 解：（1）①由于标有“2.5V”小灯泡的电阻值约为12Ω，则正常工作的电流约为I=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，故电流表选量程为0～0.6A，将电流表的“0.6A”接线柱与灯泡左端接线柱相连，如图所示：
；
②电流表有示数说明电路为通路，电压表无示数示数说明电压表被短路，即小灯泡短路；
③由图乙可知电压表的量程为0～3V，示数为2.2V，为测灯泡的额定功率应使小灯泡两端电压为额定电压，即要增大小灯泡两端电压，应减小滑动变阻器连入电路的阻值，所以使滑动变阻器的滑片向B移动；
④由图丙可知，灯泡两端电压为2.5V时，灯泡中的电流I=0.2A；小灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（2）小灯泡正常工作时的电阻：R_L=$\frac{{U}_{额}}{{I}_{额}}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；电路中的总电阻：R_总=$\frac{U}{{I}_{额}}$=$\frac{6V}{0.2A}$=30Ω；
则应串联的变阻器的最小阻值为：R_滑min=R_总-R_L=30Ω-12.5Ω=17.5Ω．
而滑动变阻器为（10Ω 1A），故电路中总电阻过小，应串联定值电阻，阻值为：R=R_总-R_滑-R_L=30Ω-10Ω-12.5Ω=7.5Ω．
故答案为：（1）①实物电路如图：②灯泡短路；③2.2；B；④0.5；
（2）串；7.5．

点评 本题考查了设计电路图，在判断故障时，会根据电压表的示数的变化判断：若电压表有示数，说明电压表与电源能相通，电压表两接线柱之间有开路；若电压表无示数，说明电压表被短路或与电源不能相通．