Question

5．小華測量小燈泡功率的實(shí)驗(yàn)，已知電源電壓為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V．

（1）實(shí)驗(yàn)中所用電壓表在未接入電路時表盤如圖甲所示，在使用它測量前應(yīng)進(jìn)行的操作是調(diào)零．
（2）小華連接的電路如圖乙所示，其中有一根導(dǎo)線連接錯誤，導(dǎo)致開關(guān)沒有閉合時電壓表就有讀數(shù)．請在這根導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫線代替導(dǎo)線，將其改正．
（3）正確連接電路后，當(dāng)電壓表示數(shù)達(dá)到額定電壓時，電流表示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為0.65W．
（4）因?yàn)闊艚z電阻隨溫度的升高而增大，小明想通過實(shí)驗(yàn)來比較燈泡“實(shí)際電壓是額定電壓一半時的電功率P₁”和“實(shí)際電流是額定電流一半時的電功率P₂”的大小，但小明的同學(xué)沒有通過實(shí)驗(yàn)也比較出了它們的大�。甈₁應(yīng)大于P₂（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）老師又拿來了一阻值恒定的電阻元件R₁，額定功率P_額=6W，但額定電壓數(shù)據(jù)模糊．現(xiàn)提供如下器材：一個蓄電池（電壓約為6V）、一個電流表、一個定值電阻R0=10Ω，兩個單刀開關(guān)、導(dǎo)線若干．請你用上述器材求測出該元件的額定電壓．
a、根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材請把你設(shè)計的電路圖畫在圖丁方框中．
b、請按照你設(shè)計的電路圖并且補(bǔ)全以下實(shí)驗(yàn)步驟，寫出測量的物理量及其對應(yīng)的符號．
實(shí)驗(yàn)步驟：
①連接電路；
②閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數(shù)I₀（則電源電壓為U=I₀R₀）；
③閉合S₁和S₂，記下電流表示數(shù)I；（即為干路電流）；
④斷開開關(guān)，整理器材．
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：U_額=$\sqrt{\frac{{P}_{額}{I}_{0}{R}_{0}}{I-{I}_{0}}}$．（用測量的物理量和已知物理量的符號表示）

Answer 1

分析 （1）所有測量工具使用前都觀察零刻度線，不在零刻度線的要調(diào)零．
（2）開關(guān)連接時必須能夠控制整個電路．
（3）當(dāng)燈泡兩端電壓為額定電壓，讀出電流表示數(shù)，由P=UI計算電功率．
（4）假設(shè)燈泡電阻不變，燈泡電壓為額定電壓一半，電流為額定電流一半，考慮溫度對電阻的影響，判斷電流的變化情況，確定功率關(guān)系．
（5）要測量電阻的額定電壓，知道額定功率，只需要測量出電阻就可以，結(jié)合已有器材，設(shè)計測量電阻兩端電壓和電流．

解答 解：（1）電壓表使用前觀察指針是否指在零刻度線，電壓表指針沒有指在零刻度線，所以要調(diào)零．
（2）開關(guān)連接時必須能夠控制整個電路，開關(guān)應(yīng)該在電壓表外面，連接如圖所示．

（3）當(dāng)燈泡兩端電壓為額定電壓2.5V時，電流表量程0-0.6A，分度值0.02A，電流表示數(shù)0.26A，由P=UI=2.5V×0.26A=0.65W．
（4）假設(shè)燈泡電阻不變，燈泡電壓為額定電壓一半，電流為額定電流一半；實(shí)際電壓越小，燈絲溫度越低，電阻越小，電流變大，則大于額定電流的一半，則實(shí)際功率P₁大于P₂．
（5）要測量電阻的額定電壓，知道額定功率，只需要測量出電阻就可以；只有一個電流表，沒有電壓表，需要測量電阻兩端電壓和電阻的電流，則電流表和R₀可以單獨(dú)工作，電流表需要測量兩個電流，應(yīng)在干路，如圖所示電路．

實(shí)驗(yàn)步驟②閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數(shù)I₀（則電源電壓為U=I₀R₀）
③閉合S₁和S₂，記下電流表示數(shù)I；（即為干路電流）
④通過R₁電流；I₁=I-I₀，R₁=$\frac{U}{{I}_{1}}=\frac{{I}_{0}{R}_{0}}{I-{I}_{0}}$，
R₁額定功率：P_額=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{R}_{1}}$得U_額=$\sqrt{{P}_{額}{R}_{1}}=\sqrt{\frac{{P}_{額}{I}_{0}{R}_{0}}{I-{I}_{0}}}$
故答案為：（1）調(diào)零；（2）如圖所示（3）0.65；（4）大于；（5）電路圖如圖所示；  
②閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數(shù)I₀（則電源電壓為U=I₀R₀）；③閉合S₁和S₂，記下電流表示數(shù)I（即為干路電流）；$\sqrt{\frac{{P}_{額}{I}_{0}{R}_{0}}{I-{I}_{0}}}$

點(diǎn)評 本題考查了測小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)的電路的連接、電流表的讀數(shù)、滑動變阻器的使用、燈泡電阻的變化、電路設(shè)計，電路設(shè)計對學(xué)生的綜合能力要求較高．