Question

13．小华、小明做“测量标有2.5V小灯泡电功率”的实验．
（1）如图甲所示，是小华所连接的不完整实验电路，请你用笔画线代替导线，将缺少的一根导线接好．

（2）小华电路接好后，闭合开关，发现小灯泡特别亮，电压表与电流表的示数较大．接下来应进行的操作是B，D．（两空按操作步骤先后顺序填写字母代号）．
A．更换电池或小灯泡                 B．断开电路开关
C．检查电路是否短路            D．移动滑动变阻器滑片至最大值位置
（3）小华电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表有示数．接下来应进行的操作是C．
A．更换小灯泡                        
B．检查电路是否断路
C．移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光
（4）小灯泡正常发光时电流表的示数如图乙所示，该灯泡的额定电流为0.3A，该灯泡额定功率为0.75W．
（5）完成上述实验后，小华又重新设计了电路（如图丙），测量另一个小灯泡的额定功率，这个小灯泡正常工作的电流为I₁．请完成实验步骤（已知电源电压为U）．
①只闭合开关S₁，移动滑动变阻器R₂的滑片，使电流表示数为I₁；
②只闭合开关S₂，保持滑动变阻器R₂的滑片位置不变，调节滑动变阻器R₁的滑片使电流表示数为I₁；再将滑动变阻器R₂的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I₂；
③则小灯泡的额定功率表达式为P_额=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）本实验中电流表、灯泡和滑动变阻器应串联，电压表应测灯泡两端电压；
（2）灯泡正常发光时电压等于其额定电压，根据闭合开关后的现象分析解答；
（3）闭合开关后，发现小灯泡不亮，但电流表有示数，说明电路是通路，可能是连入电阻太大，电路中电流太小所致，分析电阻过大的原因，然后进行下一步操作；
（4）读出灯泡正常发光时的电流，由P=UI计算其额定功率；
（5）此实验的原理是利用等效替代法，测出灯泡的电阻，再通过电功率的变形公式P=I²R可计算小灯泡的额定功率．

解答 解：
（1）在测灯泡额定功率的实验中，电流表、灯泡和滑动变阻器应串联，电压表应与灯泡并联测其两端电压，所以实物连接如图所示：
；
（2）小灯泡特别亮，电压表与电流表的示数较大，说明小灯泡两端电压太高，电路中电流太大，原因是滑动变阻器没移到阻值最大处，按要求应先断开开关再移滑片，所以应为B、D；
（3）闭合开关后，电流表有示数，说明电路是通路，灯泡没坏，也不是断路，可能是连入电阻太大，电路中电流太小所致，下一步操作：移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光，即应进行C项操作；
（4）小灯泡额定电压为2.5V，即小灯泡在2.5V电压下正常工作．
由乙图可知，电流表量程为0.6A，分度值为0.02A，所以灯泡正常发光时的电流0.3A．
小灯额定功率为：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（5）分析实验的原理可以得出其具体的步骤为：
①只闭合开关S₁，移动滑动变阻器R₂的滑片，使电流表示数为I₁（此时灯泡正常发光）
②只闭合开关S₂，保持滑动变阻器R₂的滑片位置不变，调节滑动变阻器R₁的滑片使电流表示数为I₁；
再将滑动变阻器R₂的滑片调到最左端，读出电流表的示数为I₂；
③则小灯泡的电阻与变阻器R₁此时的电阻相同，即：R_L=$\frac{U}{{I}_{2}}$，
小灯泡的额定功率：P_额=I₁²R_L=I₁²•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案为：（1）见上图；（2）B；D；（3）C；（4）0.3；0.75；（5）I₁；调节滑动变阻器R₁的滑片；$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

点评 本题考查了“测量小灯泡电功率”，运用了两种不同的测量方法，要求我们对实验的原理、注意事项、欧姆定律及电功率的变形公式等有一个全面的了解和掌握，考查内容多，有一定难度．