Question

4．在“测定小灯泡的额定电功率”的实验中，小明同学选用的小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为8Ω，滑动变阻器的最大阻值为10Ω．
（1）为顺利完成实验，现有电压为4.5V和6V的两电池组可供选择，则A．
A．只能选择4.5V的电池组
B．只能选择6V的电池组
C．两电池组均可选用
D．须将其变成10.5V的电池组使用
（2）请用笔画线代替导线，将图2中的实物电路连接完整．
（3）为测小灯泡的额定功率，移动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V，此时电流表示数如图1所示，其值为0.28A，小灯泡的额定功率为0.7W．
（4）小明在实验时，不小心将电流表损坏，由于没有多余的电流表更换，老师取走电流表，并拿来一个电阻箱代替滑动变阻器接在原电路中（不改变电路结构）．
①闭合开关后，发现灯泡不发光，电压表的示数等于电源电压，则故障的原因可能是灯泡断路（短路/断路）；
②排除故障后，当灯泡正常工作时，电阻箱接入的阻值为R₀，则灯泡额定功率的表达式为$\frac{5{V}^{2}}{{R}_{0}}$（电源电压不变）．

Answer 1

分析 （1）额定电压下灯泡的电压和额定电压相等，根据欧姆定律求出此时电路中电流的大约值，再根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的电阻，最后结合滑动变阻器的最大阻值即可判断所需电源的电压．
（2）根据灯泡的额定电压和额定电流确定电表的量程，且电压表与灯泡并联，电流表与灯泡串联，滑动变阻器按一上一下的原则与开关串联．
（3）要测量灯泡的额定电功率，需使灯泡两端的电压等于额定电压等于2.5V；根据电流表的量程和分度值读出电流表的示数，根据P=UI求出小灯泡的额定功率．
（4）①电压表的示数等于电源电压，说明电压表串联在电路中测电源的电压，即电压表并联的部分断路；
②由题意可知，电阻箱与灯泡串联，根据串联电路的电压特点求出当小灯泡在额定电压下工作时电阻箱两端的电压，根据欧姆定律求出电路中的电流，根据P=UI得出小灯泡额定功率的表达式．

解答 解：
（1）由电路图可知，灯泡与滑动变阻器串联，
当灯泡正常发光时电路中的电流大约为：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=$\frac{5}{16}$A，
若电源的电压U=4.5V，则滑动变阻器两端的电压：U_滑=U-U_L=4.5V-2.5V=2V，滑动变阻器接入电路的电阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{\frac{5}{16}A}$=6.4Ω＜10Ω，此电源可用；
若电源的电压U=6V，则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R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{\frac{5}{16}A}$=11.2Ω＞10Ω，故6V或大于6V的电源不可用；
故选A．
（2）灯泡的额定电压为2.5V＜3V，所以电压表的量程为0～3V，且与灯泡并联；灯泡的额定电流大约为$\frac{5}{16}$A＜0.6A，所以电流表的量程为0～0.6A，且与灯泡串联；滑动变阻器按一上一下的原则与开关串联，如下图所示：
；
（3）为测小灯泡的额定功率，移动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V；
由图知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，通过灯泡的电流为0.28A，灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.28A=0.7W．
（4）①灯泡不发光，电压表的示数等于电源电压说明电压表串联在电路中测电源的电压，即电压表并联的灯泡断路；
②当小灯泡在额定电压下工作时，
电阻箱两端的电压U_电阻箱=U-U_L=4.5V-2.5V=2V，
电路中的电流：I=$\frac{{U}_{电阻箱}}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{{R}_{0}}$，
灯泡的额定功率：P=U_LI=2.5V×$\frac{2V}{{R}_{0}}$=$\frac{5{V}^{2}}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）A；（2）见上图；（3）2.5；0.28；0.7；（4）①断路；②$\frac{5{V}^{2}}{{R}_{0}}$．

点评 本题考查了“测定小灯泡的电功率”的实验，涉及到了电源的选择、电流表和电压表量程的选择、实物电路图的连接、电路故障的判断、欧姆定律和电功率公式的应用等，综合性强，给解题带来了困难．