Question

【題目】小紅在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，選擇了額定電壓為2.5V的小燈泡，電源電壓保持6V不變，滑動變阻器規格為“40Ω 1A”，連接電路如圖甲所示。

（1）小紅所連接電路存在一處錯誤，請你在錯誤的導線上面“x”，用筆畫線代替導線，畫出正確的連線____。

（2）正確連接電路后閉合開關，發現電流表有示數，電壓表無示數，則電路中存在的故障可能是_____（選填“燈泡”或“電壓表”） 斷路。

（3）排除故障后，閉合開關，移動滑片，當電壓表示數為2V時，電流表的示數如圖乙所示，此時電流表的示數為_____A，小燈泡的功率為_____W。

（4）若使小燈泡正常發光，應將滑片向_____（選填“左”或“右”）移動至電壓表示數為_____V。

（5）小紅想要繼續探究“電流與電阻的關系”，只將小燈泡換成阻值不同的定值電阻，實驗時控制定值電阻兩端的電壓保持2V不變，則更換的定值電阻的阻值不能大于_____Ω。

（6）老師又拿來一個額定電流為Im的小燈泡，來測量小燈泡的額定功率。設計了如圖丙所示電路，電源電壓未知、電阻的阻值為R0．請你將實驗步驟補充完整。

①只閉合開關_____（選填“S1”或“S2”），將滑動變阻器的滑片移至最左端，讀出電壓表V1的示數為U1；

②只閉合開關_____（選填“S1”或“S2”），再次調節滑片，直到電壓表V2的示數為_____，此時小燈泡正常發光，電壓表V1的示數為U2；

③小燈泡額定功率的表達式是P額=_____。

Answer 1

【答案】 電壓表 0.2 0.4 左 2.5 20 S1 S2 U1﹣ImR0 （ U1﹣U2）×Im

【解析】解：

（1）由圖甲可知，燈泡和電壓表被短路，燈泡不會發光、電壓表無示數，電流應該從滑動變阻器流到燈泡的左端，即應去掉的導線，如圖所示：

（2）電流表有示數，說明電路不存在斷路，而電壓表無示數，說明與電壓表并聯部分發生短路或電壓表斷路；

（3）由乙圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.2A；

燈泡的功率P=UI=2V×0.2A=0.4W；

（4）此時電壓表示數小于燈的額定電壓，要使燈正常發光，應增大燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據分壓原理可知，應減小變阻器連入電路中的電阻，滑片向左端移動，直到電壓表的示數為2.5V；

（5）探究“電流與電阻的關系”，只將小燈泡換成阻值不同的定值電阻，實驗時控制定值電阻兩端的電壓保持2V不變；

電源電壓為6V，定值電阻兩端電壓為2V，滑動變阻器分壓為4V，變阻器分壓是定值電阻兩端電壓的兩倍，根據分壓原理，滑動變阻器接入電路的阻值為定值電阻阻值的兩倍；因滑動變阻器最大阻值為40Ω，所以定值電阻最大阻值為20Ω；

（6）①只閉合開關S1，將滑動變阻器的滑片移至最左端，讀出電壓表V1的示數為U1，此時電路只有R0工作，電壓表V1測量電源電壓，即電源電壓為U1；

②只閉合開關S2，燈泡L、滑動變阻器R以及電阻R0串聯，電壓表V1測量R和R0的總電壓，電壓表V2測量燈泡L和滑動變阻器R的總電壓；

再次調節滑片，當通過燈泡的電流為Im時，燈泡正常發光，由串聯電路的特點可知，電阻R0的電流也為Im，

則電阻R0的電壓為ImR0；由串聯電路的電壓特點可知，此時電壓表V2的示數為U1﹣ImR0；所以，當電壓表V2的示數為U1﹣ImR0時燈泡正常發光；

由于此時電壓表V1的示數為U2（即R和R0的總電壓），

所以，由串聯電路的電壓特點可得燈泡的額定電壓為：U1﹣U2；

③小燈泡額定功率的表達式：P額=（ U1﹣U2）×Im。