Question

3．在测量小灯泡的额定功率实验中，小灯泡上标有“2.5V”的字样，额定功率约0.6W，电源电压恒为6V．有两个规格不同的滑动变阻器：分别是：“10Ω  1A”、“50Ω  0.5A”．

（1）为了顺利完成实验，应选用规格为50Ω 0.5A的滑动变阻器．
（2）图甲是小华连接的实物图，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡不亮，经检查是由于一根导线连接错误，请你在图甲中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（3）改正连接错误后，闭合开关，发现电流表示数几乎为零，电压表示数接近6V，则电路中发生的故障可能是灯泡断路．
（4）排除故障后，闭合开关并调节滑动变阻器的滑片，当灯正常发光时，电流表的示数如图乙所示，该电流值为0.3A，小灯泡的额定功率为0.75W．
（5）实验中电压表发生损坏，小华用如图丙所示的电路，同样可以测量小灯泡的额定功率．其中R₀是定值电阻，灯泡的额定电压用U_额L表示．请在空格内把实验步骤补充完整．
①闭合开关S₁，调节滑动变阻器的滑片，使电流表的示数为$\frac{{U}_{额L}}{{R}_{0}}$；
②断开开关，闭合开关S₂，读出电流表的示数为I；
③请用测量值I，已知量R₀，灯泡额定电压U_额L来表示P_额=U_额L（I-$\frac{{U}_{额L}}{{R}_{0}}$）．．

Answer 1

分析 （1）求出灯的定电流，根据串联电路的电压规律和欧姆定律求出滑动变阻器的电阻；
（2）根据测量小灯泡的电阻的电路图，从电源正极、开关、电流表、滑动变阻器、灯泡、电源负极，电压表并联的灯泡两端，由此可以判断灯泡和电流表负接线柱的导线连接错误，而是灯泡右端的导线和电源负极连接．电压表的电阻很大，在电路中相当于断路，如图，电压表串联在电路中，电路相当于断路，灯泡不亮．
（3）电流表示数几乎为零，说明电路断路，电压表示数接近电源电压说明和电压表并联的灯泡发生了断路．
（4）根据电流表的量程和分度值读数；根据公式P=UI求出功率；
（5）灯泡和定值电阻并联在一起，电压相同，根据灯泡的额定电压和定值电阻的阻值可以求出通过定值电阻的电流；再通过开关的断开和闭合求出总电流，根据并联电路的电流规律可以求出通过灯泡的电流，从而求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）由P=UI可知：灯泡正常发光是的电流为：
I=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{0.6W}{2.5V}$=0.24A，
此时滑动变阻器两端的电压为：U'=U-U_L=6V-2.5V=3.5V；
由I=$\frac{U}{R}$得，滑动变阻器的电阻为：R'=$\frac{U'}{I}$=$\frac{3.5V}{0.24A}$=14.6Ω，故选用规格为50Ω 0.5A的滑动变阻器；
（2）由原实物图知，电压表与灯泡串联在电路中，由于电压表阻值太大，所以通过灯泡电流非常小，因此灯泡不亮；
测量灯泡电阻的电路图如下图，从电源正极-开关-电流表-滑动变阻器-灯泡-电源负极，电压表并联在灯泡两端，所以灯泡和电流表之间导线连接错误．
正确实物图的连接如下图所示：
；
（3）电流表示数接近零，说明电路断路，而电压表示数接近电源电压，说明和电压表并联的灯泡发生了断路．
（4）根据电流表指针位置和所接量程可知I=0.3A，则P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（5）①闭合开关S₁，灯泡与定值电阻并联，其两端的电压相等，调节滑动变阻器的滑片，当电流表的示数为$\frac{{U}_{额L}}{{R}_{0}}$时，灯泡正常发光；
②断开开关，闭合开关S₂，此时电流表测量的是干路中的电流，读出电流表的示数为I；
③通过灯泡的电流为：I_L=I-$\frac{{U}_{额L}}{{R}_{0}}$；灯泡额定电压U_额L，则灯泡的额定功率为P_额=U_额LI_L=U_额L（I-$\frac{{U}_{额L}}{{R}_{0}}$）．
故答案为：（1）50Ω 0.5A；（2）如图；（3）灯泡断路；（4）0.3；0.75；（5）①$\frac{{U}_{额L}}{{R}_{0}}$；②S₂；③U_额L（I-$\frac{{U}_{额L}}{{R}_{0}}$）．

点评 本题考查了实物图的连接和电流表的读数、欧姆定律的应用、串联电路的特点等，关键是知道有电流表、无电压表时可根据串联电路的电流、电压特点进行设计实验．