Question

【題目】小紅做“測量小燈泡電功率”實驗，實驗室有如下器材：3節新干電池（電源電壓恒為4.5V）、小燈泡（額定電壓為2.5V）、電流表、電壓表、開關各一個、規格為10Ω 0.6A的滑動變阻器各一個、導線若干．
（1）請你按照電路圖，用筆畫線代替導線，完成圖乙中實驗電路的連接．（要求P向左滑動時燈變暗）
（2）小紅實驗中閉合開關后，看到燈立即發出較亮的光，兩電表的指針立即偏轉到最右側，這一現象反映出小紅操作中存在的問題是；
（3）小紅認識到問題所在后，加以改正后重新開始實驗，閉合開關后，緩慢移動滑動變阻器滑片P到某處，使電壓表示數為2.5V，此時電流表指針位置如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為W．
（4）若此實驗中電流表壞了，為了測出小燈泡的額定功率，小紅在原有器材的基礎上增加了一個R0=5Ω的定值電阻，設計了如圖丙所示的電路和如下實驗方案：
①調節滑片，使電壓表的示數為小燈泡的額定電壓；
②保持滑片位置不變，只將電壓表a點改接到c點，測出定值電阻R0兩端的電壓U0；
③通過計算，可先求出電路中的電流I，就可得到小燈泡的額定功率P．
請你指出該設計方案中存在的兩個問題：； ．
（5）小紅繼續進行實驗，她又跟老師要了一個單刀雙擲開關，一個阻值合適的定值電阻R0′，她要求R0′阻值要（小于/大于）R0=5Ω，加上原有實驗器材，重新設計了如圖丁所示的電路，終于測出了燈泡的額定功率．請完成下列實驗步驟： ①閉合開關S1 ， 將S2撥到觸點b，移動滑片，使電壓表的示數為V；
②再將開關S2撥到觸點a，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數U；
③燈泡額定功率的表達式為P額=（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

【答案】
（1）解：小燈泡的右接線柱與滑動變阻器的右側的下接線柱相連；已知小燈泡的額定電壓為2.5V，故選0～2.5V的量程，把電壓表并聯在燈泡兩端，如下圖：

（2）閉合開關前，滑動變阻器滑片未至于最大阻值處
（3）1.25
（4）無論怎樣調節變阻器，都不能使燈泡正常發光；只將電壓表的a點接線改接到c點，電壓表的正負接線柱接反
（5）小于；2.5；
【解析】解：（2）連接電路后，燈泡立即發出明亮的光，兩電表的指針立即偏轉到最右側，說明電路中電阻較小，故問題為：閉合開關前，滑動變阻器滑片未至于最大阻值處；（3）電流表量程為0～0.6A，分度值為0.02A，由圖乙可得電流表的示數為0.5A，燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.5A=1.25W；（4）由題意知，電源電壓約為4.5V，燈泡正常發光時電阻為RL= = =5Ω， 當變阻器電阻為零時，設燈泡兩端的電壓為UL ， 根據串聯電路電流相等的特點有：
= ，即： = ，
解得：UL=2.25V，所以無論怎樣調節變阻器，都不能使燈泡正常發光；
保持滑片位置不變，只將電壓表的a點接線改接到c點，電壓表的正負接線柱接反，無法測出R0兩端的電壓；（5）由（4）可知，要使小燈泡兩端的電壓等于額定電壓，應使R0′兩端的電壓小于小燈泡兩端電壓，故R0′阻值要小于R0=5Ω；
①閉合開關S1 ， 將S2撥到觸點b，移動滑片，使電壓表的示數為2.5V；②再將開關S2撥到觸點a，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數U；③根據串聯電路電壓的規律，此時定值電阻R0′兩端的電壓：U0=U﹣U額=U﹣2.5V，
通過燈泡的電流：I額=I0= = ，
則小燈泡額定功率：P額=U額I額= ．
所以答案是：（1）如上圖；（2）閉合開關前，滑動變阻器滑片未至于最大阻值處（3）1.25；（4）無論怎樣調節變阻器，都不能使燈泡正常發光；只將電壓表的a點接線改接到c點，電壓表的正負接線柱接反；（5）小于； 2.5； ．