Question

12．在“測定小燈泡的額定功率”實驗中，燈泡上標有“2.5V”字樣，電源電壓恒定．

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整．
（2）連接完實驗電路后，閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應放在a端（選填“a”或“b”）．
（3）實驗中，在緩慢移動變阻器滑片P的過程中，眼睛應注視電壓表的示數(shù)，直至燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則燈泡的額定功率為1.0W．
（4）完成上述實驗后，小聰向老師要了一個已知阻值為R₀的電阻和一個單刀雙擲開關，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設計了如圖丙所示的電路，也測出了燈泡的額定功率，請完成下列實驗步驟：
①閉合開關S₁，將S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”），移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②再將開關S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；
③燈泡額定功率的表達式為P_額=2.5V×（$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$）（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，電壓表與燈泡并聯(lián)，注意電壓表的正負接線柱，滑動變阻器接線柱選擇一上一下串聯(lián)在電路中．
（2）為保護電路，連接電路時，變阻器連入電路中的電阻最大．
（3）根據(jù)“燈泡兩端的電壓為額定電壓時，燈泡的功率為額定功率，燈泡正常發(fā)光”解決此題；根據(jù)實物圖可知電流表的量程，并讀出電流表的示數(shù)；利用P=UI計算燈泡的額定功率；
（4）當燈泡兩端電壓等于額定電壓時，燈泡正常發(fā)光，因此先讓電壓表測量燈泡兩端電壓，使燈泡正常發(fā)光，然后通過開關的轉換，測量出燈泡和定值電阻兩端的電壓，保持滑片的位置不動，因電路的連接關系沒有改變，再結合串聯(lián)電路的特點和歐姆定律求出電路中的電流，最后根據(jù)P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）燈泡額定電壓2.5V，所以電壓表應選用0-3V量程且與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器按一上一下串聯(lián)入電路，如圖所示：
；
（2）連接完實驗電路后，閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應放在阻值最大處，即a端；
（3）測量燈泡額定功率時，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片P，眼睛應先注視電壓表的示數(shù)，當小燈泡的電壓為額定電壓2.5V時，讀出電流表示數(shù)；
根據(jù)實物圖可知電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，故電流表示數(shù)為0.4A，
所以燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.4A=1.0W；
（4）①閉合開關S_l，將S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
②再將開關S₂撥到觸點1，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U，
③燈泡額定功率表達式的推導過程：
在第2次操作中，因電路的連接沒有改變，各用電器的電阻沒有變化，由分壓原理，各用電器的電壓沒有改變，所以此時燈泡仍正常發(fā)光；
由于串聯(lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和，定值電阻R₀兩端的電壓為U_定=U-2.5V，由歐姆定律可得，此時通過定值電阻的電流：I=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，根據(jù)串聯(lián)電路電流都相等，即為通過燈泡的電流；
燈泡額定功率的表達式：P_額=U_額I=2.5V×（$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$）；
故答案為：
（1）見上圖；（2）a；（3）電壓表；1.0；（4）①2；2.5；②1；③2.5V×（$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$）；

點評 本題考查了實物電路的連接、實驗注意事項、電流表讀數(shù)、額定功率的計算以及實驗步驟的設計等問題；（4）有一定的難度，要根據(jù)測量小燈泡功率的原理以及串聯(lián)電路的特點完成實驗步驟．