Question

【题目】小红做“测量小灯泡电功率”实验，实验室有如下器材：3节新干电池（电源电压恒为4.5V）、小灯泡（额定电压为2.5V）、电流表、电压表、开关各一个、规格为10Ω 0.6A的滑动变阻器各一个、导线若干．
（1）请你按照电路图，用笔画线代替导线，完成图乙中实验电路的连接．（要求P向左滑动时灯变暗）
（2）小红实验中闭合开关后，看到灯立即发出较亮的光，两电表的指针立即偏转到最右侧，这一现象反映出小红操作中存在的问题是；
（3）小红认识到问题所在后，加以改正后重新开始实验，闭合开关后，缓慢移动滑动变阻器滑片P到某处，使电压表示数为2.5V，此时电流表指针位置如图乙所示，则小灯泡的额定功率为W．
（4）若此实验中电流表坏了，为了测出小灯泡的额定功率，小红在原有器材的基础上增加了一个R0=5Ω的定值电阻，设计了如图丙所示的电路和如下实验方案：
①调节滑片，使电压表的示数为小灯泡的额定电压；
②保持滑片位置不变，只将电压表a点改接到c点，测出定值电阻R0两端的电压U0；
③通过计算，可先求出电路中的电流I，就可得到小灯泡的额定功率P．
请你指出该设计方案中存在的两个问题：； ．
（5）小红继续进行实验，她又跟老师要了一个单刀双掷开关，一个阻值合适的定值电阻R0′，她要求R0′阻值要（小于/大于）R0=5Ω，加上原有实验器材，重新设计了如图丁所示的电路，终于测出了灯泡的额定功率．请完成下列实验步骤： ①闭合开关S1 ， 将S2拨到触点b，移动滑片，使电压表的示数为V；
②再将开关S2拨到触点a，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U；
③灯泡额定功率的表达式为P额=（用已知量和测量量表示）．

Answer 1

【答案】
（1）解：小灯泡的右接线柱与滑动变阻器的右侧的下接线柱相连；已知小灯泡的额定电压为2.5V，故选0～2.5V的量程，把电压表并联在灯泡两端，如下图：

（2）闭合开关前，滑动变阻器滑片未至于最大阻值处
（3）1.25
（4）无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光；只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反
（5）小于；2.5；
【解析】解：（2）连接电路后，灯泡立即发出明亮的光，两电表的指针立即偏转到最右侧，说明电路中电阻较小，故问题为：闭合开关前，滑动变阻器滑片未至于最大阻值处；（3）电流表量程为0～0.6A，分度值为0.02A，由图乙可得电流表的示数为0.5A，灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.5A=1.25W；（4）由题意知，电源电压约为4.5V，灯泡正常发光时电阻为RL= = =5Ω， 当变阻器电阻为零时，设灯泡两端的电压为UL ， 根据串联电路电流相等的特点有：
= ，即： = ，
解得：UL=2.25V，所以无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光；
保持滑片位置不变，只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反，无法测出R0两端的电压；（5）由（4）可知，要使小灯泡两端的电压等于额定电压，应使R0′两端的电压小于小灯泡两端电压，故R0′阻值要小于R0=5Ω；
①闭合开关S1 ， 将S2拨到触点b，移动滑片，使电压表的示数为2.5V；②再将开关S2拨到触点a，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U；③根据串联电路电压的规律，此时定值电阻R0′两端的电压：U0=U﹣U额=U﹣2.5V，
通过灯泡的电流：I额=I0= = ，
则小灯泡额定功率：P额=U额I额= ．
所以答案是：（1）如上图；（2）闭合开关前，滑动变阻器滑片未至于最大阻值处（3）1.25；（4）无论怎样调节变阻器，都不能使灯泡正常发光；只将电压表的a点接线改接到c点，电压表的正负接线柱接反；（5）小于； 2.5； ．