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6. (2024·苏州昆山市零模)利用如图甲所示的电路测量小灯泡的电功率,所用器材:额定电压$U_{额}$为 2.5 V 的小灯泡,电源电压恒定为 3 V,电压表一块,滑动变阻器(20 Ω 2 A),电阻箱(最大阻值为 9 999 Ω),开关和导线若干.
(1)用笔画线代替导线,将图乙中的实物图按照甲所示的电路图连接完整.
(2)连接电路前,各开关应
(3)小华测量小灯泡的额定功率的操作如下:
①只闭合开关 S、$S_{1}$,移动变阻器后,发现电压表的示数是 2 V,要使小灯泡正常发光,则要将滑动变阻器的滑片 P 向
②只闭合开关 S、$S_{2}$,保持滑片 P 不动,调节电阻箱,使用电压表的示数为 2.5 V,电阻箱示数如图丙,由此可知小灯泡的额定功率是
(1)用笔画线代替导线,将图乙中的实物图按照甲所示的电路图连接完整.
(2)连接电路前,各开关应
断开
,按乙图连好后,闭合开关前,滑动变阻器的滑片应置于B
(填“A”或“B”)端.(3)小华测量小灯泡的额定功率的操作如下:
①只闭合开关 S、$S_{1}$,移动变阻器后,发现电压表的示数是 2 V,要使小灯泡正常发光,则要将滑动变阻器的滑片 P 向
A
(填“A”或“B”)移动,使电压表的示数为2.5
V;②只闭合开关 S、$S_{2}$,保持滑片 P 不动,调节电阻箱,使用电压表的示数为 2.5 V,电阻箱示数如图丙,由此可知小灯泡的额定功率是
0.625
W.答案
6.(1)如图所示
(2)断开 B (3)①A 2.5 ②0.625
解析:(1)根据图甲，开关$S_{1}$右接线柱与$S_{2}$右接线柱连接，连接实物图，如答案图所示。
(2)为了保护电路，连接电路前，开关应断开；按乙图连好后，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于阻值最大处，由图乙可知，滑动变阻器滑片应置于B端。
(3)①只闭合开关S、$S_{1}$，灯泡与滑动变阻器串联，电压表测灯泡两端电压，移动变阻器后，发现电压表的示数是2V，此时灯泡两端的电压小于灯泡额定电压2.5V，要使小灯泡正常发光，应增大灯泡两端的电压，根据串联电路电压规律，应减小变阻器两端的电压，根据串联分压原理，应减小变阻器接入电路的阻值，由图乙可知，应将滑动变阻器的滑片P向A移动，使电压表的示数为2.5V。②由图丙所示电阻箱可知，电阻箱阻值为$R = 0×100Ω+1×10Ω+0×1Ω+0×0.1Ω=10Ω$，由于实验中电阻箱与灯泡两端电压U相等，流过它们的电流I相等，由欧姆定律可知，电阻箱阻值与灯泡正常发光的电阻相等，即$R_{L}=R = 10Ω$，灯泡的额定功率为$P_{L}=\frac{U_{L}^{2}}{R_{L}}=\frac{(2.5V)^{2}}{10Ω}=0.625W$。
7. 小华利用电源(电压恒定且未知)、电流表、电阻箱(0~999.9 Ω)、铭牌不清楚的滑动变阻器、开关、单刀双掷开关各一个及导线若干,设计了如图所示电路,测出了额定电流为$I_{额}$的小灯泡的额定功率.请你帮助小华补全实验方案:
(1)闭合开关$S_{1}$,将开关$S_{2}$拨至 1,调节电阻箱$R_{1}$,使
(2)仍闭合开关$S_{1}$,将开关$S_{2}$拨至 2,只调节$R_{2}$,使电流表示数为$I_{额}$.
(3)在步骤(2)的基础上,将$R_{1}$阻值调为 0,$R_{2}$的滑片
(4)小灯泡额定功率的表达式为$P=$
(5)实验后小华发现,电路中只需将
(1)闭合开关$S_{1}$,将开关$S_{2}$拨至 1,调节电阻箱$R_{1}$,使
电流表示数为$I_{额}$
,读出此时电阻箱接入电路中的阻值为 R.(2)仍闭合开关$S_{1}$,将开关$S_{2}$拨至 2,只调节$R_{2}$,使电流表示数为$I_{额}$.
(3)在步骤(2)的基础上,将$R_{1}$阻值调为 0,$R_{2}$的滑片
保持不动
(填滑动变阻器滑片的位置变化情况),并读出电流表示数为 I.(4)小灯泡额定功率的表达式为$P=$
$\frac{I_{额}^{3}R}{I - I_{额}}$
(用已知量和所测物理量的符号表示).(5)实验后小华发现,电路中只需将
$R_{1}$
和$R_{2}$
互换位置,可以更简单地测出小灯泡的额定功率.答案
7.(1)电流表示数为$I_{额}$ (3)保持不动 (4)$\frac{I_{额}^{3}R}{I - I_{额}}$
(5)$R_{1}$ $R_{2}$
解析:(1)闭合开关$S_{1}$，将开关$S_{2}$拨至1，调节电阻箱$R_{1}$，使灯泡正常发光，即使电流表示数为$I_{额}$。
(3)利用等效替代法，$R_{2}$滑片应保持不动，读出电流表示数I，以求得电源电压。
(4)闭合开关$S_{1}$，将开关$S_{2}$拨至1，调节电阻箱$R_{1}$，使灯泡正常发光，读出此时电阻箱接入电路中的阻值为R，电源电压可表示为$U = I_{额}(R+R_{L})$；
将开关$S_{2}$拨至2，只调节$R_{2}$，使电流表示数为$I_{额}$，可知$R_{2}$阻值与$R_{L}$相同，但$R_{2}$不可读数，将$R_{1}$阻值调为0，$R_{2}$的滑片不动，并读出电流表示数为I，电源电压可表示为$U = I R_{2}=I R_{L}$。
联立两式可得$I_{额}(R+R_{L})=I R_{L}$，可求得$R_{L}=\frac{I_{额}R}{I - I_{额}}$。
因此灯泡额定功率为$P_{额}=I_{额}^{2}R_{L}=I_{额}^{2}\frac{I_{额}R}{I - I_{额}}=\frac{I_{额}^{3}R}{I - I_{额}}$。
(5)将电阻箱$R_{1}$、滑动变阻器$R_{2}$交换位置，可测灯泡额定功率，闭合$S_{1}$，将$S_{2}$接1，调节$R_{2}$使电流表示数为$I_{额}$，将$S_{2}$接2，调节$R_{1}$，使电流表示数为$I_{额}$，$R_{1}$可读数，根据等效替代法，此时$R_{1}$的阻值为灯泡正常发光时的阻值，额定功率为$P_{额}=I_{额}^{2}R_{1}$。
(5)$R_{1}$ $R_{2}$
解析:(1)闭合开关$S_{1}$，将开关$S_{2}$拨至1，调节电阻箱$R_{1}$，使灯泡正常发光，即使电流表示数为$I_{额}$。
(3)利用等效替代法，$R_{2}$滑片应保持不动，读出电流表示数I，以求得电源电压。
(4)闭合开关$S_{1}$，将开关$S_{2}$拨至1，调节电阻箱$R_{1}$，使灯泡正常发光，读出此时电阻箱接入电路中的阻值为R，电源电压可表示为$U = I_{额}(R+R_{L})$；
将开关$S_{2}$拨至2，只调节$R_{2}$，使电流表示数为$I_{额}$，可知$R_{2}$阻值与$R_{L}$相同，但$R_{2}$不可读数，将$R_{1}$阻值调为0，$R_{2}$的滑片不动，并读出电流表示数为I，电源电压可表示为$U = I R_{2}=I R_{L}$。
联立两式可得$I_{额}(R+R_{L})=I R_{L}$，可求得$R_{L}=\frac{I_{额}R}{I - I_{额}}$。
因此灯泡额定功率为$P_{额}=I_{额}^{2}R_{L}=I_{额}^{2}\frac{I_{额}R}{I - I_{额}}=\frac{I_{额}^{3}R}{I - I_{额}}$。
(5)将电阻箱$R_{1}$、滑动变阻器$R_{2}$交换位置，可测灯泡额定功率，闭合$S_{1}$，将$S_{2}$接1，调节$R_{2}$使电流表示数为$I_{额}$，将$S_{2}$接2，调节$R_{1}$，使电流表示数为$I_{额}$，$R_{1}$可读数，根据等效替代法，此时$R_{1}$的阻值为灯泡正常发光时的阻值，额定功率为$P_{额}=I_{额}^{2}R_{1}$。
