Question

7．在“用伏安法測定小燈泡的電功率”實驗中如圖甲，小紅同學(xué)所用電源電壓不變，小燈標(biāo)有“2.5V”字樣．
（1）實驗原理；連接電路時開關(guān)應(yīng)處于斷開（閉合/斷開）狀態(tài)．
（2）實驗電路接好后，合上開關(guān)時，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，請根據(jù)現(xiàn)象和檢測結(jié)果指出故障的可能原因：

故障現(xiàn)象	檢測	故障原因
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變
電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變

（3）她正確連接電路，實驗步驟正確，閉合開關(guān)時，電壓表、電流表的示數(shù)分別為1.3伏和0.16安．然后她將滑動變阻器的滑片移動到中點位置時，發(fā)現(xiàn)小燈正常發(fā)光．接著她將滑片移動到另一端，發(fā)現(xiàn)小燈閃亮一下熄滅了，此時電流表的示數(shù)為0A，而電壓表的示數(shù)如圖乙（a）所示．于是她更換電壓表量程，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)如圖乙（b）所示，則電源電壓為4.5V，滑動變阻器的最大阻值為20Ω，小燈的額定功率為0.5W．

Answer 1

分析 （1）測燈泡功率的實驗原理是P=UI；為了保護電路，連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開；
（2）燈泡較暗，電路電流較小，電路電阻較大，移動滑片，燈泡亮度、電壓表和電流表的示數(shù)都不變，滑動變阻器不能改變電路電阻，并且電路電阻很大，可以判斷故障原因；燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，電壓表與電源接通，取下燈泡，電壓表和電流表的示數(shù)不變，可斷定燈泡斷路；
（3）燈泡閃亮一下熄滅，燈絲被燒斷，電路斷路，電路電流為零；燈泡額定電壓是2.5V，電壓表量程是3V，燈泡斷路后電壓表接在電源兩端，電壓表測電源電壓，由a圖知此時電壓表示數(shù)超過量程3V，電源電壓大于3V，電壓表應(yīng)換用15V量程；
確定電壓表量程、最小分度值，由圖可讀出電壓表的示數(shù)，即可測出電源電壓；
根據(jù)串聯(lián)電路特點求出滑動變阻器的電壓，由歐姆定律求出滑動變阻器的阻值；
當(dāng)滑片在中點位置時，燈正常發(fā)光，求出此時滑動變阻器接入電路的電阻，根據(jù)串聯(lián)電路特點求出此時滑動變阻器兩端的電壓，由歐姆定律求出電路電流，由歐姆定律求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）測燈泡功率的實驗原理是P=UI；為了保護電路，在連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開；
（2）燈泡較暗，兩表示數(shù)較小，根據(jù)歐姆定律可知，電路電阻較大，移動滑片，現(xiàn)象都不改變，所以滑動變阻器都接下面兩個接線柱；
燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電流斷路，電壓表有較大示數(shù)，取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以斷定燈泡斷路；
（3）燈泡閃亮一下熄滅，燈絲被燒斷，電路斷路，電路電流為零；
由題意知，更換電壓表量程，電壓表量程是15V，最小分度值是0.5A，電壓表示數(shù)是4.5V，
燈泡斷路后電壓表測量電源電壓，所以電源電壓U=4.5V．
閉合電路時，滑動變阻器阻值全部接入電路，由串聯(lián)電路特點知：
滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_燈=4.5V-1.3V=3.2V，滑動變阻器阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.2V}{0.16A}$=20Ω．
滑片移動到中點位置時，滑動變阻器接入電路的電阻R'_滑=$\frac{{R}_{滑}}{2}$=$\frac{20Ω}{2}$=10Ω，
此時燈泡正常發(fā)光，電壓等于額定電壓2.5V，由串聯(lián)電路特點知，
此時滑動變阻器的電壓U'_滑=U-U_燈=4.5V-2.5V=2V，此時電路電流I=$\frac{{U'}_{滑}}{{R'}_{滑}}$=$\frac{2V}{10Ω}$=0.2A，
燈泡的額定功率P=U_燈I=2.5V×0.2A=0.5W． 
故答案為：（1）斷開；（2）滑動變阻器下端的兩個接線柱同時進入電路燈泡斷路；（3）0；4.5；20；0.5．

點評 燈泡不亮可能是燈泡斷路或燈泡以外的地方斷路或燈泡短路，燈泡斷路時，電路斷路，電路中沒有電流，電流表無示數(shù)，電壓表串聯(lián)聯(lián)在電路中，電壓表測量電源電壓；
燈泡短路時，電路總電阻減小，電路電流增大，電流表示數(shù)增大，電壓表測量導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0；
燈泡以外的地方斷路，整個電路都處于斷開狀態(tài)，燈泡不亮，電壓表和電流表都沒有示數(shù)．