Question

9．小明欲測(cè)量一只小幻一泡的額定功率．器材如下：待測(cè)小燈泡（額定電壓為2.5V）、電源（電壓約6V左右）、電流表（0～0.6A、0～3A）、電壓表（0～3V、0～15V）、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干．

（1）如圖甲所示是小明開始時(shí)連接的電路，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)該電路存在連接錯(cuò)誤，但只需改動(dòng)一根導(dǎo)線，即可使電路連接正確．請(qǐng)你在應(yīng)改動(dòng)的導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫線代替導(dǎo)線在原圖上畫出正確的接法．
（2）電路連接正確后，閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表、電壓表均有示數(shù)，接下來應(yīng)進(jìn)行的操作是D．
A．檢查燈泡是否斷路                  B．檢查燈泡是否短路
C．檢查開關(guān)是否閉合                  D．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片
（3）正確操作后，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示為0.3A，小燈泡的額定功率為0.75W．
（4）小明還想換一種方法測(cè)定該小燈泡的額定功率，于是向老師要了一個(gè)R₀=10Ω的定值電阻和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路．請(qǐng)你根據(jù)他設(shè)計(jì)的電路，寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟，并根據(jù)已知量（小燈泡的額定電壓用U_額表示、定值電阻R₀的阻值用R₀表示）和測(cè)量量寫出小燈泡額定功率的表達(dá)式．
實(shí)驗(yàn)步驟：①將開關(guān)S₁閉合，開關(guān)S₂斷開，P滑到最左端，讀出電壓表示數(shù)U_總；
②再將S₂與接線柱a接通，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
③S₂與接線柱b接通，滑動(dòng)變阻器滑片不變，讀出電壓表示數(shù)U′
小燈泡的額定功率P_額=$\frac{{（U}_{總}(cāng)-{U}_{額}）U′{U}_{額}}{{R}_{0}（{U}_{總}(cāng)-U′）}$，．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，原電路圖中，電流表與燈并聯(lián)了；
（2）發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表、電壓表均有示數(shù)，電路電流太小，由此分析解答；
（3）認(rèn)清電流表小量程分度值讀數(shù)，根據(jù)_額=U_額I求燈的額定功率；
（4）由P=UI原理可知，需要求得待測(cè)電阻兩端的電壓及通過待測(cè)電阻的電流；沒有電流表時(shí)，可以利用串聯(lián)電路的電流規(guī)律得出通過待測(cè)電阻的電流；結(jié)合電路圖解答實(shí)驗(yàn)步驟．

解答 解：（1）燈應(yīng)與電壓表并聯(lián)，電流表串聯(lián)在電路中，故連接燈的左接線柱與電源負(fù)極的連線有誤，將連接電源負(fù)極的線改接在變阻器金屬桿的左接線柱即可，如圖所示：

（2）電流表、電壓表均有示數(shù)，說明電路不存在斷路，燈泡不發(fā)光，可能是電路電流太小，電路總電阻太大，接下來的操作是：移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光；故選D；
（3）電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，小燈泡的額定功率P_額=U_額I=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）實(shí)驗(yàn)步驟：
①將開關(guān)S₁閉合，開關(guān)S₂斷開，P滑到最左端，讀出電壓表示數(shù)U_總；
②再將S₂與接線柱a接通，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
③S₂與接線柱b接通，滑動(dòng)變阻器滑片不變，讀出電壓表示數(shù)U′；
④斷開開關(guān)，整理器材，
則小燈泡的額定功率P_額=$\frac{{（U}_{總}(cāng)-{U}_{額}）U′{U}_{額}}{{R}_{0}（{U}_{總}(cāng)-U′）}$，
故答案為：（1）見上圖；（2）D；（3）0.3；0.75；
（4）①將開關(guān)S₁閉合，開關(guān)S₂斷開，P滑到最左端，讀出電壓表示數(shù)U_總；
②再將S₂與接線柱a接通，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V；
③S₂與接線柱b接通，滑動(dòng)變阻器滑片不變，讀出電壓表示數(shù)U′；
P_額=$\frac{{（U}_{總}(cāng)-{U}_{額}）U′{U}_{額}}{{R}_{0}（{U}_{總}(cāng)-U′）}$．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡的額定電功率，考查電路的連接、故障的分析與判斷、等效替代法及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，綜合性較強(qiáng)，屬于壓軸題．