Question

4．实验课上，老师取来了电源、小灯泡、滑动变阻器、开关、电流表和电压表各一个以及导线若干，然后让同学们设计实验来测量小灯泡的电功率．（小灯泡的额定电压为2V）

（1）王琳同学设计了如图甲所示的电路，请将图乙中的实物电路按照图甲所示的电路图连接完整．
（2）王琳连接好电路后闭合开关，结果她发现灯泡不亮，电流表和电压表也都没有示数．造成该现象的原因可能是滑动变阻器断路．
（3）排除故障后，王琳将滑动变阻器的滑片移到某一位置时，电压表示数为1.6V，想要使小灯泡正常发光，则王琳应将滑动变阻器的滑片向左（选填“左”或“右”）移动；继续移动滑动变阻器滑片，当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为0.4W，此时小灯泡灯丝的阻值为10Ω．
（4）李宏同学在做实验时没有使用电流表，反而多用了一个开关来测量小灯泡的额定功率．她设计了如图丁所示电路，请你补全实验步骤，并写出小灯泡额定功率的表达式．
①只闭合开关S₁，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2V，此时滑动变阻器的阻值为R；
②保持滑片P位置不变，闭合开关S₁、S₂，读出电流表的示数U；
③小灯泡的额定功率表达式P=2V×$\frac{U-2V}{R}$．

Answer 1

分析 （1）电压表并联到灯泡的两端，电流表、滑动变阻器、灯泡串联接入电路中；
（2）电流表示数为零，说明电路故障为断路；电压表示数为零，说明电压表的正负接线柱不能与电源两极相连．
（3）若灯泡两端的电压低于额定电压，要测其额定功率，则应减小滑动变阻器的阻值，使电压表的示数为2.5V；根据图乙读出电流表的示数，注意量程和分度值，根据P=UI计算出其额定功率；根据R=$\frac{U}{I}$求出灯泡的电阻；
（4）滑动变阻器接入电路的电阻为0时，电压表测量的是电源电压；根据电源电压求出滑动变阻器两端的电压，从而求出电路中的电流，根据功率公式求出小灯泡的电功率．

解答 解：（1）电压表并联到灯泡的两端，电流表、滑动变阻器、灯泡串联接入电路中，电流从电表的正接线流入，负接线柱流出，滑动变阻器采用一上一下的接法，如图：
；
（2）电流表示数为零，说明电路故障为断路；电压表示数为零，说明电压表的正负接线柱不能与电源两极相连，因此电路故障为滑动变阻器断路；
（3）电压表示数为1.5V，低于额定电压，所以应减小滑动变阻器的阻值，将滑片向左端滑动，使电压表的示数为2.5V；
由图乙知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.20A，所以P=UI=2.0V×0.2A=0.4W；
灯丝的电阻为：R=$\frac{{U}_{额}}{I}$=$\frac{2V}{0.20A}$=10Ω；
（4）实验步骤：
①只闭合开关S₁，调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为2V，此时滑动变阻器的阻值为R；
②保持滑片P位置不变，闭合开关S₁、S₂，读出电流表的示数U；
③只闭合开关S₁时，根据串联电路的电压规律可知，滑动变阻器两端的电压为：U'=U-2V；
电路中的电流为：I=$\frac{U'}{R}$=$\frac{U-2V}{R}$；
小灯泡的额定功率表达式P=U_额I=2V×$\frac{U-2V}{R}$．
故答案为：（1）如图；（2）滑动变阻器断路；（3）左；0.4；10；（4）②保持滑片P位置不变，闭合开关S₁、S₂，读出电流表的示数U；③2V×$\frac{U-2V}{R}$．

点评 此题是测定小灯泡的额定功率的实验，考查了电压表、电流表、滑动变阻器的接法，注意电压表电流表量程的选择及正负接线柱的接法，滑动变阻器要接一上一下；同时考查了滑动变阻器的使用、电流表的读数及额定功率的计算，还涉及到了电路故障的分析，判断滑片的移动方向及电路故障是本题的难点．