在“测量小灯泡的电功率”的实验中,实验器材有:电压表、电流表、额定电压为2.5V的小灯泡,开关、电压为6V的电源和滑动变阻器等。
(1)根据甲图连接电路,闭合开关前,应将滑片移至最 (选填“左”或“右”)端。
(2)闭合开关后,小灯泡不亮,电流表有示数,电压表无示数。经检查,导线连接完好,则电路故障可能是小灯泡发生了 (选填“短路”或“断路”)。
(3)当电压表的示数为2.5V时,对应电流表的示数如图乙,则小灯泡的额定电功率是 W。
(4)完成上述测量后,不用电压表,用如图丙所示的电路也可测量已知额定电流的小灯泡的额定功率,已知小灯泡的额定电流为I额,定值电阻的阻值为R0.实验步骤如下,请补充完整:
①闭合开关S、S2,断开开关S1,调节滑动变阻器,使电流表的示数为I额;
②保持变阻器滑片不动,断开开关S2,闭合开关S,S1记下此时电流表的示数为I;
③小灯泡的额定功率的表达式为P额= 。
解:(1)为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应调到阻值最大的位置,即最右端;
(2)闭合开关后,小灯泡不亮,电流表有示数,说明电路是通路;电压表无示数,说明与电压表并联部分电阻为0,即灯泡短路了;
(3)电流表的示数如图乙所示,电流表选用小量程,分度值为0.02A,其读数为0.3A;
该小灯泡的额定功率:P=UI=2.5V×0.3A=0.75W;
(4)实验步骤:
①闭合开关S、S2,断开S1,调节滑动变阻器R的滑片P,使电流表示数为I额;
②闭合开关S、S1,断开开关S2,记录下此时电流表的示数为I;
③步骤②中,电流表测干路电路,因电路的连接关系没有改变,各电阻的大小和通过的电流不变,灯仍正常发光,由并联并联电路电流的规律,定值电阻R0的电流为:I0=I﹣I额,
由欧姆定律的变形公式,定值电阻R0的电压即灯的额定电压为:U额=I0R0=(I﹣I额)R0;
小灯泡的额定功率的表达式为P:P额= U额I额=(I﹣I额 )R0I额。
故答案为:(1)右;(2)短路;(3)0.75;(4)(I﹣I额 )R0I额。
【分析】(1)为了保护电路,闭合开关前,滑动变阻器阻值应调至最大;
(2)电流表有示数,说明电路是接通的,电压表无示数,说明与电压表并联部分电阻为0;
(3)根据电流表选用小量程确定分度值读数,根据P=UI求出该小灯泡的额定功率;
(4)要测灯的额定功率,应先使灯正常发光,先使灯与电流表串联后再与定值电阻并联,通过移动变阻器滑片,使电流表示数为额定电流;
保持滑片位置不变,通过开关的转换,使电流表测灯与R并联的总电流,因电路的连接关系没有改变,各电阻的大小和通过的电流不变,灯仍正常发光,根据并联电路电流的规律求出通过定值电阻的电流,由欧姆定律求出灯的额定电压,根据P=UI写出灯的额定功率的表达式。
【点评】本题测量标有“2.5V”字样的小灯泡额定功率的实验,考查注意事项、故障分析、电流表读数及功率计算和设计方案测额定功率的能力。