Question

10．某實驗小組的同學用“伏安法”測量小燈泡電功率，待測小燈泡額定電壓為2.5V，小燈泡的額定功率估計在1W左右，電源為兩節新干電池．
（1）請用筆畫線代替導線，完成圖甲中實物電路的連接，連線時導線不能交叉．

（2）檢查電路連接無誤，閉合開關后，燈泡不亮，電流表有示數，電壓表示數為0，產生這一現象的原因可能是燈泡短路．故障排除后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片到某位置時，電壓表示數如圖乙所示，要測量小燈泡的額定功率，則應把變阻器的滑片向左端移動．
（3）實驗中，同學們記錄了多組小燈泡兩端的電壓及對應通過小燈泡的電流值，并描繪出小燈泡的電流隨其電壓變化的關系圖象，如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是0.75W，此時，燈絲的電阻是8.3Ω（保留一位小數）．圖象不是直線的原因是燈絲的電阻隨溫度的變化而變化．
（4）完成上述實驗后，老師請同學們思考：如果電流表壞了，再增加一個開關和阻值為R₀的定值電阻，還能測出小燈泡的額定功率嗎？下面是同學們設計的四個電路，你認為可行的是B．（填選項）

Answer 1

分析 （1）本實驗中電流表應與燈泡串聯，電壓表應與燈泡并聯，根據燈泡規格確定電表量程；
（2））電流表有示數，說明整個電路是通路，再根據電壓表無示數分析原因；
確定電壓表的量程和分度值，讀出電壓值，根據串分壓的知識判斷滑動變阻器阻值的變化，得出滑片的移動方向；
（3）從圖象中確定額定電壓及對應的電流值，根據公式P=UI計算出額定功率，根據R=$\frac{U}{I}$計算燈泡電阻，由燈泡電阻受溫度影響分析原因；
（4）沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：
（1）測量小燈泡電功率的實驗中，電流表應與燈泡串聯，電壓表應與燈泡并聯．燈泡額定電壓為2.5V，所以電壓表應使用0-3V量程；
由P=UI可知燈泡正常發光電流約為：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，所以電流表應使用0-0.6A量程．如圖所示：
；
（2）閉合開關后，燈泡不亮，電流表有示數，說明電路是通路，但電壓表示數為0，有可能是與電壓表并聯部分發生短路了，即燈泡短路了；
由圖乙知，電壓表量程應選擇0～3V，分度值為0.1V，所以電壓表示數為0.6V，低于額定電壓，所以應減小滑動變阻器的阻值，滑動變阻器滑片應向左端移動，使電壓表的示數等于2.5V；
（3）由圖象知，當電壓為2.5V時，電流表示數為0.3A，所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
由歐姆定律可得燈泡此時的電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
由于燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，所以I-U圖象不是直線；
（4）沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯，首先使燈泡兩端的電壓等于2.5V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，
根據P=UI計算出燈泡的額定電功率，圖B中只閉合S₁，調節滑動變阻器使電壓表的示數等于2.5V，斷開S₁，閉合S₂，滑片不動，電壓表測電源電壓，然后得出定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據P=UI計算出燈泡的額定電功率，故選B．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡短路； 左；（3）0.75；8.3；燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；（4）B．

點評 本題綜合考查儀表量程的選擇、連接實物電路、故障分析、實驗操作以及功率的計算等知識點；第（4）的關鍵是利用電壓表和已知電阻的組合測得電路中電流．