《2025年同步测控优化设计九年级物理全一册北师大版》

(1) 如图 13 - 4 甲所示,在“测量小灯泡的电功率”实验中,物理实验小组第一小组选用了一个额定电压为 $2.5\ V$ 的小灯泡。
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甲图：实物电路图,有电源(两节干电池)、开关、电流表(0 - 0.6 A 量程)、电压表(0 - 3 V 量程)、滑动变阻器、小灯泡。电流从电源正极流出,经开关、滑动变阻器、小灯泡、电流表回到电源负极。滑动变阻器接左上和右下接线柱,滑片向右移动电阻变大。电压表并联在小灯泡两端。

乙图：I - U 图像,横坐标 U/V,刻度 0、1.0、2.0、3.0；纵坐标 I/A,刻度 0、0.1、0.2、0.3。图像是曲线,从原点开始上升,经过(1.0,0.15)、(2.0,0.2)、(3.0,0.25)。

丙图：电路图,有电源、灯泡 L、开关 S_1、S_2、S_3、电压表 V、滑动变阻器 R。S_1 闭合,S_2 闭合,S_3 断开时,L 与 R 串联,电压表测 R 两端电压。S_1 闭合,S_2 断开,S_3 闭合时,L 与 R 串联,电压表测 L 两端电压。S_1 闭合,S_2 闭合,S_3 闭合时,L 短路,电压表测电源电压。


丁图：电路图,有电源、开关 S_1、S_2、电流表 A、灯泡 L、滑动变阻器 R。S_1 闭合,S_2 断开时,L 与 R 串联,电流表测电路电流。S_1 闭合,S_2 闭合时,L 短路,电流表测 R 电流。
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① 为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑动头应位于最 ______(选填“左”或“右”)端。
② 闭合开关,小灵发现电流表无示数,电压表示数接近电源电压,则故障原因可能是 ______(填选项字母)。
A. 小灯泡断路
B. 滑动变阻器断路
C. 小灯泡短路
D. 电流表短路
③ 排除故障后,通过调节滑动变阻器测出多组数据,并作出如图 13 - 4 乙所示的 $I - U$ 图像,可知小灯泡的额定功率为 ______ $W$。
(2) 第二小组的小雅设计了如图 13 - 4 丙所示的电路,只用电压表就可以测量额定电压为 $3.8\ V$ 的小灯泡 $L$ 的额定功率。已知电路中使用的滑动变阻器 $R$ 的最大阻值为 $30\ \Omega$,电源电压恒定。其测量过程如下：
① 闭合开关 $S_1$、$S_2$,断开 $S_3$,将滑动变阻器的滑动头移到最右端,电压表的示数为 $6.0\ V$。
② 闭合开关 $S_3$,断开 $S_2$,移动滑动变阻器的滑动头,使电压表的示数为 ______ $V$,这时小灯泡 $L$ 正常发光。
③ 闭合开关 $S_2$,断开 $S_3$,保持步骤②中滑动变阻器滑动头的位置不变,此时电压表的示数为 $2.0\ V$。
④ 计算小灯泡 $L$ 的额定功率,$P_{额} = $ ______ $W$。
(3) 为了测量额定电流为 $I_0$ 的小灯泡 $L$ 的额定功率,第三小组的小明设计了如图 13 - 4 丁所示的电路,电源电压 $U$ 不变,实验步骤如下：
① 闭合开关 $S_1$,移动滑动变阻器的滑动头,使 ______。
② 闭合开关 $S_2$,保持滑动变阻器的滑动头位置不变,读出电流表的示数 $I$。
③ 计算小灯泡 $L$ 的额定功率,$P_{额} = $ ______(用 $U$、$I_0$、$I$ 表示)。

答案： 答案
(1)①右 ②A ③0.625
(2)②2.2 ④0.836
(3)①电流表的示数为$I_{0}$ ③$\left(1-\dfrac{I_{0}}{I}\right)UI_{0}$
解析
(2)在步骤①中，电压表测电源电压，为6.0 V。在步骤②中，小灯泡L与滑动头左侧的电阻丝$R_{滑左}$串联，电压表测其两端电压，当电压表的示数为2.2 V时，根据串联电路的电压规律，小灯泡L两端的电压$U_{额}=U-U_{滑左}=6.0\ V-2.2\ V=3.8\ V$，小灯泡L正常发光。在步骤③中，电路中只有滑动变阻器，根据串联电路的电压规律，滑动头右侧电阻丝两端的电压$U_{右}=6.0\ V-2.0\ V=4.0\ V$，根据分压原理得$R_{滑左}:R_{滑右}=U_{左}:U_{右}=1:2$，因滑动变阻器的总电阻为30 Ω，故$R_{滑左}=10\ \Omega$，由欧姆定律和串联电路的电流规律，通过滑动变阻器的电流即小灯泡L的额定电流$I_{额}=\dfrac{U_{滑左}}{R_{滑左}}=\dfrac{2.2\ V}{10\ \Omega}=0.22\ A$，则小灯泡L的额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=3.8\ V×0.22\ A=0.836\ W$。
(3)闭合开关$S_{1}$，滑动变阻器与小灯泡L串联，电流表测电路中的电流，调节滑动变阻器的滑动头，使电流表的示数为$I_{0}$，此时小灯泡L正常发光；再闭合开关$S_{2}$，小灯泡L被短路，电流表测量通过滑动变阻器的电流，保持滑动变阻器滑动头的位置不变，此时电流表的示数为$I$，则滑动变阻器接入电路的阻值$R_{滑}=\dfrac{U}{I}$，则当小灯泡L与滑动变阻器串联时，滑动变阻器两端的电压$U_{滑}=I_{0}R_{滑}=I_{0}\cdot\dfrac{U}{I}$，小灯泡L的额定电压$U_{额}=U-U_{滑}=U-I_{0}\cdot\dfrac{U}{I}$，小灯泡L的额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=\left(1-\dfrac{I_{0}}{I}\right)UI_{0}$。