Question

某同學在“測定小燈泡功率”的實驗中，所用電源因電池陳舊而電壓未知，但其電壓高于小燈泡的額定電壓．滑動變阻器標有“2A  20Ω”字樣，標有“2.5V”字樣且規格相同的小燈泡若干個，他按照圖所示的電路按正常操作步驟進行實驗．當P移在b端時，他閉合電鍵，發現電壓表無讀數，電流表讀數為0.28安，燈不亮．移動滑片P燈仍不亮，斷開電鍵，換一個新的小燈泡，再閉合電鍵，燈亮，電流表讀數減少，但電壓表無讀數．把電壓表換一個量程，仍無讀數．該同學經過思考、分析后，重新進行實驗，使小燈泡正常發光，此時P的位置恰好在滑動變阻器的中點上．
（1）簡述產生上述實驗故障的原因．
（2）求出小燈泡的額定功率．

Answer 1

分析：（1）電流表串聯在電路中，電流表有示數，電路是通路，燈泡不亮，燈泡短路．
電壓表測量導線電壓，U=IR=I×0Ω=0V．
更換燈泡后，燈泡發光，電壓表還是無示數，電壓表壞了．
（2）本題有兩個過程：
第一個過程，燈泡短路，只有滑動變阻器全部接入，R=20Ω，知道電流和電阻，求得電源電壓．
第二個過程，燈泡和滑動變阻器串聯，滑動變阻器有一半連入電路，R'=10Ω，燈泡正常工作，知道燈泡電壓和電源電壓，求得滑動變阻器的電壓，再求通過滑動變阻器的電流即燈泡額定電流，根據P=UI求額定功率．

解答：解：（1）電流表示數為0.28A，電路通路，燈泡串聯在電路中，燈泡短路，電壓表測量導線電壓，導線電阻為0，電壓為0．
更換一個新燈泡之后，燈泡發光，電壓表還是沒有示數，更換量程之后，還是沒有示數，所以，電壓表壞了．
（2）燈泡短路，只有滑動變阻器全部接入電路，
U_總=IR=0.28A×20Ω=5.6V，
更換新燈泡，滑動變阻器接入一半電阻，R'=10Ω，燈泡正常工作，燈泡電壓為2.5V，
所以，滑動變阻器的電壓為：U'=U_總-U_L=5.6V-2.5V=3.1V，
I'=

U′

R′

=

3.1V

10Ω

=0.31A，
燈泡額定功率為：P=U_LI'=2.5V×0.31A=0.775W．
故答案為：（1）小燈泡短路；電壓表損壞；（2）0.775W．

點評：本題不是常規測量電功率的方法，而是通過燈泡短路，滑動變阻器全部接入電路，求得電源電壓；再把另一個新燈泡接入電路正常工作，通過滑動變阻器的電壓和電阻求電流，即燈泡電流．本實驗涉及到更多的計算，給實驗增大了難度．