Question

5．小劉和小強在實驗室做實驗時，發(fā)現(xiàn)小燈泡上有“2.5V，***W”的字樣，其中額定功率看不清楚，他想要測量該燈泡額定功率，所用器材有電壓為6V的電源，額定電壓為2.5V的小燈泡，以及滑動變阻器、電壓表、電流表、開關和導線若干．

（1）小劉正確連接電路并檢查后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，但燈泡不亮，原因可能是燈泡短路．
（2）該實驗的原理是P=UI
（3）小劉通過移動滑片P，分別記下了多組對應電壓表和電流表的讀數(shù)，并繪制成了如右圖所示的U-I圖象．根據(jù)U-I圖象提供的信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W．
（4）若實驗室提供的滑動變阻器有A：“10Ω  1.5A”、B：“20Ω  1A”兩種規(guī)格，則本實驗中應選用滑動變阻器的規(guī)格為B（填對應符號）；
（5）小強經過簡單思考，覺得利用這個燈泡可以測量未知電阻R_x的阻值，他設計了圖丙的電路并進行如下操作：
a．閉合開關S₁，斷開S₂，讀取電流表示數(shù)I₁，b．斷開開關S₁，閉合S₂，讀取電流值I₂，
c．根據(jù)U-I圖象，找到燈泡對應壓值為U，
則待測電阻的表達式為Rx=$\frac{U}{{I}_{2}}$（利用題中字母表示）．
（6）小劉觀察了小強的實驗后，覺得還可以改成圖丁電路，這樣就可以通過調節(jié)滑動變阻器來獲得多組數(shù)據(jù)以減小誤差，他的做法是錯誤（選填“正確”“錯誤”）的，原因是不能保證Rx和小燈泡兩端的電壓一定相等．

Answer 1

分析 （1）若燈泡處開路，則電流表無示數(shù)，此時電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，電壓表有示數(shù)，若燈泡處短路，則電流表有示數(shù)，此時電壓表也被短路，電壓表無示數(shù)，據(jù)此判斷電路故障；
（2）根據(jù)P=UI的原理求得小燈泡的額定功率；
（3）根據(jù)U-I圖象提供的信息，在電壓是2.5V時，電流為0.2A，由P=UI求得小燈泡的額定功率；
（4）求出變阻器應分得的電壓，根據(jù)分壓原理求變阻器連入電路中的最小阻值，從而確定變阻器的規(guī)格；
（5）R_x與L并聯(lián)，對應圖象找出小燈泡的電壓U，測得Rx的電流，由歐姆定律可求．
（6）圖丁不能保證Rx和小燈泡兩端的電壓一定相等，此時為一混聯(lián)電路，電路錯誤．

解答 解：（1）閉合開關，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)，但燈泡不亮，有分析知燈泡只可能短路，如斷路，電流表沒示數(shù)，故原因可能是燈泡短路；
（2）伏安法測功率的原理是P=UI；
（3）根據(jù)U-I圖象提供的信息，在電壓是2.5V時，電流為0.2A，由P=UI=2.5V×0.2A=0.5w；
（4）燈的額定電壓為2.5V，由圖乙可得R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，燈泡正常發(fā)光，變阻器要分去6V-2.5V=3.5V的電壓，根據(jù)分壓原 理 $\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$，滑動變阻器連入電路中的阻值至少為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5V}{2.5V}$×12.5Ω=17.5Ω，據(jù)歐姆定律，燈正常工作時的電流為0.2＜1A故選用B規(guī)格“20Ω 1A”的變阻器；
（5）閉合開關S₁，斷開S₂，讀取電流表示數(shù)I₁，對應圖象找出小燈泡的電壓U，即為未知電阻的電壓，斷開開關S₁，閉合S₂，讀取電流值I₂，由歐姆定律Rx=$\frac{U}{{I}_{2}}$；
（6）圖丁這個圖不能保證Rx和小燈泡兩端的電壓一定相等，此時為一混聯(lián)電路，故改成圖丁電路是錯誤的．
故答案為：（1）燈泡短路；（2）P=UI；（3）0.5；  （4）B；   （5）Rx=$\frac{U}{{I}_{2}}$； （6）錯誤；不能保證Rx和小燈泡兩端的電壓一定相等．

點評 這道題考查了電路故障、測電功率的工作原理、額定功率、滑動變阻器的選取以及歐姆定律的應用和電路分析，是一道非常綜合的電學題．