Question

13．在一次測量小燈泡額定功率的實驗中，所用電源由兩節(jié)新干電池串聯(lián)組成，小燈泡上標有“2.5V”字樣（小燈泡額定功率約為0.6W）．小剛連接了如圖26甲所示的電路．

（1）同組的小明發(fā)現(xiàn)該電路連接存在問題，如果閉合圖甲所示電路的開關(guān)，則電壓表的示數(shù)約為3V，電流表的示數(shù)約為0A．
（2）小明主張拆了以后重新連接，可是時間來不及了，小剛在圖甲電路中只改變了某根導(dǎo)線一端的接點位置，而后電路就能測量小燈泡的額定功率了．請在需要改動的導(dǎo)線上打“×”，并畫出正確的接線．
（3）待改接好電路后，小剛同學(xué)移動滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖乙所示的圖象．根據(jù)圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.75 W，該圖象不是直線，主要原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（4）實驗過程中，若電流表燒壞，老師另給了一只電阻箱，小明利用電阻箱和余下部分器材設(shè)計了如圖丙所示的電路，也測出了小燈泡的額定功率．小明的實驗方法如下：
①根據(jù)電路圖連接實物電路；
②只閉合開關(guān)S₁、S₃，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5V，小燈泡正常發(fā)光；
③斷開S₃，閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱，達到步驟②中同樣的效果，讀出相應(yīng)的數(shù)值．
④根據(jù)有關(guān)公式，計算出燈泡的額定功率．

Answer 1

分析 （1）圖示電路，電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表電阻很大，可認為電路斷路，電壓表測電源電壓，電路電流為零，電流表無示數(shù)，燈泡不發(fā)光；
（2）根據(jù)電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電流表串聯(lián)在電路中，修改電路；
（3）從圖丙中讀出燈泡兩端電壓為2.5V時對應(yīng)的電流值，然后根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；
（4）將燈與變阻器串聯(lián)接入電路中，首先移動變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為燈的額定電壓2.5V，燈正常發(fā)光；在沒有電流表的情況下，要測燈的額定功率，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，求出燈正常發(fā)光時的電阻大小即可，為求出燈正常發(fā)光時的電阻大小，根據(jù)等效替代法，再將電阻箱與變阻器串聯(lián)接入電路，通過調(diào)節(jié)電阻箱旋鈕，使電壓表示數(shù)保持不變，則此時電阻箱連入電路的阻值R₀即為燈正常發(fā)光時的電阻大小．

解答 解：（1）圖示電路電壓表串聯(lián)在電路里，電路斷路，電壓表測電源電壓1.5V×3=4.5V，電流表示數(shù)為0，此時小燈泡不發(fā)光；
（2）將燈泡與滑動變阻器相連的線去掉改接在電壓表負極，電路圖如圖示：

（3）根據(jù)圖乙可知，當(dāng)燈泡兩端電壓為額定電壓2.5V時，通過的小燈泡的電流為0.3A，故燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
因為燈絲的電阻與溫度有關(guān)，燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，因此電壓和電流的圖象為曲線．
（4）在上面分析的基礎(chǔ)上，實驗方案如下：①閉合開關(guān)S₁，S₃，移動變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為2.5V；
③利用測量出的物理量及已知量，則小燈泡額定功率的表達式P=$\frac{（2.5V）^{2}}{R}$．
故答案為：（1）3；  0；（2）如上圖；（3）0.75； 燈絲的電阻隨溫度的升高而增大（4）②電壓表示數(shù)為2.5V，小燈泡正常發(fā)光；③電阻箱．

點評 本題 測定額定電壓為2.5V小燈泡的電功率，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、額定功率的計算，決定燈亮度的因素、等效替代法及在沒有電壓表情況下設(shè)計實驗方案測額定功率的能力，有一定難度．