Question

【題目】小紅做“測量小燈泡電功率”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室有如下器材：3節(jié)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(guān)各一個(gè)、規(guī)格為10Ω 0.6A的滑動變阻器各一個(gè)、導(dǎo)線若干．
（1）請你按照電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線，完成圖乙中實(shí)驗(yàn)電路的連接．（要求P向左滑動時(shí)燈變暗）
（2）小紅實(shí)驗(yàn)中閉合開關(guān)后，看到燈立即發(fā)出較亮的光，兩電表的指針立即偏轉(zhuǎn)到最右側(cè)，這一現(xiàn)象反映出小紅操作中存在的問題是；
（3）小紅認(rèn)識到問題所在后，加以改正后重新開始實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)后，緩慢移動滑動變阻器滑片P到某處，使電壓表示數(shù)為2.5V，此時(shí)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(shí)驗(yàn)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(chǔ)上增加了一個(gè)R0=5Ω的定值電阻，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路和如下實(shí)驗(yàn)方案：
①調(diào)節(jié)滑片，使電壓表的示數(shù)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(diǎn)改接到c點(diǎn)，測出定值電阻R0兩端的電壓U0；
③通過計(jì)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(shè)計(jì)方案中存在的兩個(gè)問題：； ．
（5）小紅繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，她又跟老師要了一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，一個(gè)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(shí)驗(yàn)器材，重新設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)步驟： ①閉合開關(guān)S1 ， 將S2撥到觸點(diǎn)b，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為V；
②再將開關(guān)S2撥到觸點(diǎn)a，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；
③燈泡額定功率的表達(dá)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(cè)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(lián)在燈泡兩端，如下圖：

（2）閉合開關(guān)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(diào)節(jié)變阻器，都不能使燈泡正常發(fā)光；只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)，電壓表的正負(fù)接線柱接反
（5）小于；2.5；
【解析】解：（2）連接電路后，燈泡立即發(fā)出明亮的光，兩電表的指針立即偏轉(zhuǎn)到最右側(cè)，說明電路中電阻較小，故問題為：閉合開關(guān)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(shù)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(fā)光時(shí)電阻為RL= = =5Ω， 當(dāng)變阻器電阻為零時(shí)，設(shè)燈泡兩端的電壓為UL ， 根據(jù)串聯(lián)電路電流相等的特點(diǎn)有：
= ，即： = ，
解得：UL=2.25V，所以無論怎樣調(diào)節(jié)變阻器，都不能使燈泡正常發(fā)光；
保持滑片位置不變，只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)，電壓表的正負(fù)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(yīng)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(guān)S1 ， 將S2撥到觸點(diǎn)b，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；②再將開關(guān)S2撥到觸點(diǎn)a，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；③根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，此時(shí)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(guān)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(diào)節(jié)變阻器，都不能使燈泡正常發(fā)光；只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)，電壓表的正負(fù)接線柱接反；（5）小于； 2.5； ．