Question

18．在“测定小灯泡额定功率”的实验中，电源电压为6V，小灯泡L的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω，可供选用的滑动变阻器R₁和R₂的最大阻值分别为10Ω和50Ω．图1是该实验的电路图．

（1）应该选用的滑动变阻器是R₂（填“R₁”或“R₂”）；
（2）闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数．发生故障的原因可能是小灯泡短路．
（3）图2是根据实验数据绘成的U-I图象，根据图象提供的信息可计算出小灯泡的额定功率是0.5W；当滑动变阻器的滑片向左移动时，小灯泡的电阻将变大．
（4）另一组同学在连线时，不小心将线接错了．闭合开关后，移动滑动变阻器滑片P，发现电流表示数变大时，电压表示数却变小，产生这种现象的原因是电压表与滑动变阻器并联了．
（5）还有一组同学没有使用电压表，而是利用两只电流表和一个阻值已知的电阻R₀，其它元件与前组相同，仍然完成了实验．请在虚线方框内画出该组同学实验的电路图．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，滑动变阻器与灯泡串联；根据欧姆定律求出灯泡额定电流的大约值，根据串联电路电压特点，求出灯泡正常工作时滑动变阻器两端的电压，再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的电阻，即可选择合适的滑动变阻器．
（2）灯泡不亮，灯泡断路或短路；电流表有示数，说明电路不存在断路；电压表无示数，电压表断路或与它并联的用电器短路，综合分析可得出结论．
（3）根据图象获得灯泡电压为2.5V时的电流，根据P=UI求出灯泡的额定功率；滑片左移，滑动变阻器接入电路的长度变短，电阻变小，电路总电阻变小，电路电流增大，灯泡电压增大，温度升高，灯丝电阻增大．
（4）该实验中，电压表应与灯泡并联，当电路中电流变大时，灯泡两端电压应变大，则滑动变阻器两端电压应减小，此时电流表与电压表示数均变大；如果电压表与滑动变阻器并联，则电流表示数增大时，电压表示数减小，据此分析答题；
（5）根据并联电路的电压特点进行设计电路，把定值电阻与灯泡并联，当定值电阻两端的电压为灯泡的额定电压时灯泡正常工作，用电流表分别测两支路的电流或测出一条支路的电流和干路电流，根据并联电路的电流特点得出通过灯泡的电流，根据P=UI即可得出小灯泡的额定功率．

解答 解：
（1）小灯泡L的额定电压为2.5V，其电阻约为10Ω，
此时电路中的电流约为I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
由串联电路的电压特点可得，滑动变阻器两端的电压：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑动变阻器接入电路的电阻约为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
所以选用的滑动变阻器是R₂．
（2）灯泡不亮，可能是灯泡断路或短路；电流表有示数，说明电路为通路；电压表无示数，说明电压表断路或与它并联的用电器短路，综合分析可知发生故障的原因是小灯泡短路．
（3）当灯泡电压为额定电压2.5V时，由图象可知此时的电流I=0.2A，
则灯泡额定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
由电路图可知，滑片左移，滑动变阻器接入电路的电阻变小，总电阻变小，电路中的电流增大，灯泡电压增大，灯丝温度升高，则小灯泡的电阻将变大．
（4）闭合开关后，移动滑动变阻器滑片P，电流表示数变大，电路中电流变大；由U=IR可知，灯泡两端的电压变大；根据串联电路的电压特点可知，滑动变阻器两端的电压减小，而现在电压表的示数也减小，所以产生这一现象的原因是电压表与滑动变阻器并联了．
（5）把定值电阻与灯泡并联，定值电阻与其中一个电流表组合成一个电压表测电压，另一个电流表直接或间接测出通过灯泡的电流，根据P=UI即可得出小灯泡的额定功率，设计的电路图如图所示：

故答案为：（1）R₂；（2）小灯泡短路；（3）0.5；大；（4）电压表与滑动变阻器并联了；（5）如上图所示．

点评 本题考查了滑动变阻器规格的选择、电路故障的判断、灯丝电阻与温度的关系、电功率的计算和实验电路图的设计，涉及的知识点较多，综合性强；其中设计电路图是难点，多的这只电流表和定值电阻可组合为一个电压表使用．