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0.2
0.5
滑动变阻器同时连接上方两个接线柱
断开开关
电源
对准“0”刻度线
B

灯泡断路
0.3
$0.75\ \mathrm{W}$
$0.12\ \mathrm{W}$

【分析】
1. 第(1)问:首先回忆电表的基本使用规范,电表使用前必须检查指针是否对准零刻度线,这是保证测量准确的前提;对于滑动变阻器,闭合开关前要调到最大阻值处来保护电路,观察电路图可知,滑片移到B端时,滑动变阻器接入电路的电阻丝长度最长,阻值最大。
2. 第(2)问:灯泡不发光且电流表无偏转,说明电路处于断路状态;而电压表有明显偏转,说明电压表能通过现有通路连接到电源两极,即电压表与电源串联;结合电路结构分析,唯一的断路故障只能是灯泡断路,此时电压表串联在电路中,相当于直接测量电源电压,所以指针偏转。
3. 第(3)问:先根据电流表的量程和分度值读取电流示数;再利用额定电压和额定电流计算灯泡的额定功率;通过第一次实验的已知数据计算出电源电压,再根据串联电路的电压规律求出灯泡正常发光时滑动变阻器两端的电压,最后结合电流计算滑动变阻器消耗的电功率。
【解析】
(1) 电流表、电压表在使用前,需要检查指针是否对准“0”刻度线;为保护电路,闭合开关前滑动变阻器应调至最大阻值处,由图(a)可知,滑片P移至B端时,滑动变阻器接入电路的电阻最大。
(2) 灯泡不发光、电流表指针不偏转,说明电路发生断路;电压表指针有明显偏转,说明电压表与电源之间的电路是通路,即电压表与电源串联;若电路中只有一处故障,则故障为灯泡断路,此时电压表串联接入电路,测量电源电压,因此指针明显偏转。
(3) 由图(b)可知,电流表选用$0∼0.6\mathrm{A}$量程,该量程分度值为$0.02\mathrm{A}$,指针指向$0.3\mathrm{A}$,因此电流表示数为$0.3\mathrm{A}$;
灯泡的额定功率:$P_{\mathrm{额}}=U_{\mathrm{额}}I_{\mathrm{额}}=2.5\ \mathrm{V} × 0.3\ \mathrm{A}=0.75\ \mathrm{W}$;
闭合开关时,滑动变阻器接入最大阻值$R_{\mathrm{滑}}=20\ \Omega$,此时滑动变阻器两端电压:$U_{\mathrm{滑1}}=I_1R_{\mathrm{滑}}=0.12\ \mathrm{A} × 20\ \Omega=2.4\ \mathrm{V}$,
电源电压:$U=U_{\mathrm{灯1}}+U_{\mathrm{滑1}}=0.5\ \mathrm{V}+2.4\ \mathrm{V}=2.9\ \mathrm{V}$;
灯泡正常发光时,滑动变阻器两端电压:$U_{\mathrm{滑2}}=U-U_{\mathrm{额}}=2.9\ \mathrm{V}-2.5\ \mathrm{V}=0.4\ \mathrm{V}$,
滑动变阻器消耗的电功率:$P_{\mathrm{滑}}=U_{\mathrm{滑2}}I_{\mathrm{额}}=0.4\ \mathrm{V} × 0.3\ \mathrm{A}=0.12\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) 对准“0”刻度线;B
(2) 串;灯泡断路
(3) $\boldsymbol{0.3}$;$\boldsymbol{0.75}$;$\boldsymbol{0.12}$
【知识点】
1. 伏安法测电功率
2. 电表使用规则
3. 串联电路电压、电流规律
【点评】
本题是伏安法测小灯泡电功率的综合实验题,覆盖了实验操作规范、电路故障分析、电表读数、电功率计算等核心考点,对学生的实验原理理解、电路分析能力和电学计算能力都有一定要求,是电学实验中具有代表性的题型。
【难度系数】
0.6
【分析】
本题是电学实验综合题,需分步骤分析每一问的解题思路:
1. 第(1)问:判断串并联电路,要从元件连接方式和电压适配性分析。10个二极管额定电压均为2.5V,电源为3V,若串联则每个二极管电压远低于额定值,无法正常发光;结合电路板连接,二极管两端分别接A、B点,是并列连接,故为并联。
2. 第(2)问:电压表需测量LED灯两端电压,因此要并联在A、B两端。电源总电压为3V,所以选择0~3V量程,将电压表正接线柱接B点(靠近电源正极),负接线柱接A点。
3. 第(3)问:闭合开关前,滑动变阻器需调至最大阻值处保护电路,由图可知滑片在右端时,滑动变阻器接入电阻最大;电表有示数说明电路是通路,LED不亮是因为滑动变阻器阻值过大,电流过小,因此需移动滑片减小电阻,观察LED是否发光。
4. 第(4)问:先确定电流表量程和分度值,读取电流;再利用欧姆定律$R=\frac{U}{I}$计算总电阻,利用电功率公式$P=UI$计算额定功率。
【解析】
(1) 观察电路板上的二极管连接方式,每个二极管的两端分别连接到A、B两点,属于并列连接,且为使每个二极管两端电压达到额定电压2.5V,需采用并联电路,因此10个发光二极管是并联的。
(2) 电压表选择0~3V量程,将电压表的“3”接线柱与电路板的B点相连,“-”接线柱与A点相连,实现电压表与LED灯并联,连接图如下:(对应参考答案中的电压表连接图,将电压表并联在A、B两端)
(3) 闭合开关前,滑动变阻器滑片应置于最大阻值位置,由图中滑动变阻器的接线可知,滑片在右端时接入电路的电阻最大;闭合开关后电表有示数,说明电路是通路,LED灯不亮是因为电路电流过小,接下来的操作是移动滑动变阻器滑片的位置,观察LED灯是否发光(减小滑动变阻器阻值,增大电路电流)。
(4) 电流表选用0~0.6A量程,分度值为0.02A,由图(b)可知电流表示数为$\boldsymbol{0.2A}$;
根据欧姆定律$R=\frac{U}{I}$,LED灯正常发光时电压$U=2.5V$,则A、B间总电阻$R=\frac{2.5V}{0.2A}=\boldsymbol{12.5Ω}$;
根据电功率公式$P=UI$,LED灯正常发光时的功率$P=2.5V×0.2A=\boldsymbol{0.5W}$。
【答案】
(1) 并
(2) 电压表0~3V量程并联在A、B两端(连接图如参考答案所示)
(3) 右;移动滑动变阻器滑片的位置,观察LED灯是否发光
(4) $\boldsymbol{0.2}$;$\boldsymbol{12.5}$;$\boldsymbol{0.5}$
【知识点】
串并联电路判断、电表的使用、欧姆定律与电功率计算
【点评】
本题结合电路连接、实验操作规范和电学计算,全面考查了电学实验的基础技能和公式应用,需要学生关注实验细节(如滑动变阻器的使用、电表量程选择),同时熟练掌握欧姆定律和电功率公式的计算。
【难度系数】
0.6