Question

20．一只小灯泡的额定电压为2.0V，正常发光时的电阻约为8Ω．小明想测量这个小灯泡的额定功率，实验室中有如下器材：一个电压表、一个电流表、一个开关，电压为6V的电源，滑动变阻器有A规格：“10Ω 2A”、B规格：“30Ω 1A”可选．导线若干．

（1）本实验应该选择B（选填“A”或“B”）规格的滑动变阻器．
（2）请用笔画线代替导线，将图甲所示电路连接完整（要求滑片向左滑动时变阻器阻值变小）．
（3）小明在连接好电路的最后一根导线时，发现电压表指针立刻偏到最大刻度处，小灯泡却不亮，且电流表也没有示数，上述现象反映他在操作中存在的不规范之处是连接电路时，没有断开开关，出现上述故障的原因可能是灯泡断路．
（4）排除故障后，小明发现他很幸运，电压表并没有因此而损坏．小明便开始进行测量，调节滑动变阻器滑片位置直到电压表读数为2.0V，小灯泡正常发光，此时电流表示数如图乙所示，则该小灯泡的额定功率为0.52W．
（5）完成上述实验后，小明进行了反思，如果刚才电压表被损坏了，能不能换成其他的实验器材来完成实验呢，经过思考，他用了一个已知阻值为R₀的电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的电路，也测出了灯泡的额定功率，请完成下列实验步骤：
①闭合开关S₁，将S₂拨到触点“1”，移动滑片，使电流表的示数为$\frac{2V}{{R}_{0}}$；
②再将开关S₂拨到触点“2”，保持滑片的位置不动，读出电流表的示数I；
③灯泡额定功率的表达式为P额=2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．（用已知量和测量量表示）

Answer 1

分析 （1）求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，然后选择滑动变阻器．
（2）根据题目要求与实验原理连接实物电路图．
（3）根据电路现象分析答题．
（4）由图示电流表确定其量程与分度值，读出其示数，然后又P=UI 求出灯泡额定功率．
（5）根据电路图，应用并联电路特点、欧姆定律分析答题，完成实验步骤，求出功率．

解答 解：（1）灯泡正常发光时的电流约为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{8Ω}$=0.25A，
灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值：R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2V}{0.25A}$=16Ω，则滑动变阻器应选B．
（2）滑片向左滑动时变阻器阻值变小，滑片接左下接线柱，把滑动变阻器与电流表串联接入电路，电压表并联在灯泡两端，实物电路图如图所示：

（3）连接好电路的最后一根导线时，电压表指针立刻偏到最大刻度处，说明连接电路时没有断开开关；小灯泡不亮，可能电路存在断路或灯泡发生短路，电流表没有示数，说明电路存在断路，电压表指针指到最大刻度处，说明电压表与电源两端相连，电压表并联电路之外电路不存在断路，则与电压表并联的灯泡断路．
（4）由图示电流表可知，其量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.26A，灯泡额定功率：P=UI=2V×0.26A=0.52W．
（5）①闭合开关S₁，将S₂拨到触点“1”，此时电流表测定值电阻电流，要使灯泡正常发光，灯泡两端电压应为额定电压2V，此时定值电阻两端电压也是2V，要移动滑片，使电流表的示数为I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{2V}{{R}_{0}}$；
②再将开关S₂拨到触点“2”，保持滑片的位置不动，读出电流表的示数I；
③灯泡额定功率的表达式为P_额=U_额I_额=2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．
故答案为：（1）B；（2）如图所示；（3）连接电路时，没有断开开关；灯泡断路；（4）0.52；（5）①$\frac{2V}{{R}_{0}}$；③2V×（I-$\frac{2V}{{R}_{0}}$）．

点评 本题考查了实验器材的选择、连接实物电路图、电路故障分析、电表读数、求功率、完成实验步骤等问题，是实验的常考问题，一定要掌握，对电表读数时，要先确定其量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直．