Question

4．在測量小燈泡的額定電功率實驗中，用兩節新干電池做電源，小燈泡的額定電壓為2.5V．

（1）實驗前在檢查儀器時，發現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零．
（2）移動滑片P使小燈泡正常發光，電流表示數如圖丙所示時，則小燈泡的額定功率為0.55 W．
（3）在另一實驗小組，小翔測量時，電壓表壞了，老師告訴他已經沒有電壓表可換，而給他一個已知阻值為R₀的定值電阻和若干開關、導線．
①請你幫他在圖丁的方框內重新設計一個電路圖．
②簡述實驗過程中要測量的物理量并用相應字母表示：
（a）調節滑動變阻器使通過R₀的電流為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，；
（b）保持滑片位置不動，斷開開關S₁，閉合開關S、S₂，用電流表測出燈泡和電阻并聯的總電流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，沒有調零；
（2）根據電流表小量程讀數，由P_額=U_額I求燈的額定功率；
（3）在沒有電壓表的情況下，測量小燈泡的額定功率，定值電阻和電流表應起到電壓表的作用，所以將定值電阻與電流表串聯起來后再和待測電阻并聯，先移動滑片使燈正常發光，保持滑片的位置不動，再通過開關的轉換，在電路連接關系不改變的情況下（燈仍正常工作），用電流表測燈和定值電阻并聯的總電流I，根據并聯電路電流的特點，求出通過燈正常工作時的電流大小，根據P_L=U_LI寫出小燈泡的電功率的表達式．

解答 解：（1）在使用前，電流表指針沒有指在零刻度，說明沒有調零，應將指針調零；
（2）圖丙中，電流表小量程分度值為0.02A，示數大小為0.22A，則燈的額定電功率P_額=U_額I=2.5V×0.22A=0.55W；
（3）在上面的分析基礎上，設計的電路如下圖所示：

（a）先閉合S、S₁，移動變阻器滑片，使電流表示數I_R0=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，則與R₀并聯的燈的電壓一定為$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$×R₀=2.5V，燈正常發光；
（b）保持滑片的位置不動，斷開開關S₁，閉合開關S、S₂，因電路的連接關系沒有改變，各用電器兩端的電壓保持不變，燈仍正常發光，通過R₀的電流保持不變，仍為I_R0=$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$，但此時電流表測燈與R₀并聯的總電流I，根據并聯電路電流的特點，此時通過燈的電流大小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，斷開開關S₁，閉合開關S、S₂，用電流表測出燈泡和電阻并聯的總電流I；
（c） 2.5V×（I-$\frac{2.5V}{{R}_{0}}$）．

點評 本題測量小燈泡的額定電功率，考查器材的調試、功率的計算及在沒有電壓表的情況下設計實驗方案的能力，有一定難度．