Question

4．在測(cè)量小燈泡的額定電功率實(shí)驗(yàn)中，用兩節(jié)新干電池做電源，小燈泡的額定電壓為2.5V．

（1）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，則接下來的操作是將電流表指針調(diào)零．
（2）移動(dòng)滑片P使小燈泡正常發(fā)光，電流表示數(shù)如圖丙所示時(shí)，則小燈泡的額定功率為0.55 W．
（3）在另一實(shí)驗(yàn)小組，小翔測(cè)量時(shí)，電壓表壞了，老師告訴他已經(jīng)沒有電壓表可換，而給他一個(gè)已知阻值為R₀的定值電阻和若干開關(guān)、導(dǎo)線．
①請(qǐng)你幫他在圖丁的方框內(nèi)重新設(shè)計(jì)一個(gè)電路圖．
②簡述實(shí)驗(yàn)過程中要測(cè)量的物理量并用相應(yīng)字母表示：
（a）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使通過R₀的電流為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，；
（b）保持滑片位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，用電流表測(cè)出燈泡和電阻并聯(lián)的總電流I；
（c）則小燈泡的額定功率P=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

Answer 1

分析 （1）在使用前，電流表指針沒有指在零刻度，沒有調(diào)零；
（2）根據(jù)電流表小量程讀數(shù)，由P_額=U_額I求燈的額定功率；
（3）在沒有電壓表的情況下，測(cè)量小燈泡的額定功率，定值電阻和電流表應(yīng)起到電壓表的作用，所以將定值電阻與電流表串聯(lián)起來后再和待測(cè)電阻并聯(lián)，先移動(dòng)滑片使燈正常發(fā)光，保持滑片的位置不動(dòng)，再通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在電路連接關(guān)系不改變的情況下（燈仍正常工作），用電流表測(cè)燈和定值電阻并聯(lián)的總電流I，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，求出通過燈正常工作時(shí)的電流大小，根據(jù)P_L=U_LI寫出小燈泡的電功率的表達(dá)式．

解答 解：（1）在使用前，電流表指針沒有指在零刻度，說明沒有調(diào)零，應(yīng)將指針調(diào)零；
（2）圖丙中，電流表小量程分度值為0.02A，示數(shù)大小為0.22A，則燈的額定電功率P_額=U_額I=2.5V×0.22A=0.55W；
（3）在上面的分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的電路如下圖所示：

（a）先閉合S、S₁，移動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)I_R0=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，則與R₀并聯(lián)的燈的電壓一定為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$×R₀=2.5V，燈正常發(fā)光；
（b）保持滑片的位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，因電路的連接關(guān)系沒有改變，各用電器兩端的電壓保持不變，燈仍正常發(fā)光，通過R₀的電流保持不變，仍為I_R0=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，但此時(shí)電流表測(cè)燈與R₀并聯(lián)的總電流I，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，此時(shí)通過燈的電流大小I_L=I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，
（c）所以，燈的額定功率P_L=U_LI=2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）將電流表指針調(diào)零；     
 （2）0.55；
（3）①如上圖所示；
②（a）I_R0=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$；
（b）保持滑片位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，用電流表測(cè)出燈泡和電阻并聯(lián)的總電流I；
（c） 2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡的額定電功率，考查器材的調(diào)試、功率的計(jì)算及在沒有電壓表的情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，有一定難度．