5. 在比较两个灯泡的亮暗活动中,小明选用分别标有“2.5V 0.3A”和“3.8V 0.3A”字样的灯泡 $ L_{1} $、$ L_{2} $ 连接电路,如图(a)所示。

(1)此实验中,“一定时间内电流做功的多少”可以通过观察
(2)闭合开关后,两灯泡均不发光,电压表 $ V_{1} $ 的示数很大,电压表 $ V_{2} $ 的示数为 0,此故障的原因可能是
(3)排除故障后闭合开关,电压表 $ V_{1} $ 的示数如图(b)所示,此时的电压值为
(4)若将这两个灯泡并联接入电压为 2.5V 的电路中,则较亮的灯泡是
(1)此实验中,“一定时间内电流做功的多少”可以通过观察
灯泡的亮暗程度
来比较。(2)闭合开关后,两灯泡均不发光,电压表 $ V_{1} $ 的示数很大,电压表 $ V_{2} $ 的示数为 0,此故障的原因可能是
L₁断路
。(3)排除故障后闭合开关,电压表 $ V_{1} $ 的示数如图(b)所示,此时的电压值为
2.4
V。(4)若将这两个灯泡并联接入电压为 2.5V 的电路中,则较亮的灯泡是
L₁
(选填“$ L_{1} $”或“$ L_{2} $”)。答案:灯泡的亮暗程度
$\mathrm{L}_{1}$断路
2.4
$\mathrm{L}_{1}$
$\mathrm{L}_{1}$断路
2.4
$\mathrm{L}_{1}$
解析:
【分析】
1. 第(1)问:电流做功的多少无法直接观测,根据转换法,电流做功的过程是电能转化为光能和内能的过程,相同时间内电流做功越多,灯泡获得的电能越多,发光越亮,因此可通过灯泡亮暗程度来间接比较一定时间内电流做功的多少。
2. 第(2)问:先明确电路连接方式,$L_1$与$L_2$串联,$V_1$测$L_1$两端电压,$V_2$测$L_2$两端电压。两灯均不发光,说明电路存在断路故障(若为短路故障,至少有一个灯泡会发光);$V_1$示数很大,说明$V_1$通过$L_2$、滑动变阻器等与电源两极连通,$V_2$示数为0说明$V_2$两端无电压,结合串联电路故障特点,可推断故障为$L_1$断路。
3. 第(3)问:先确定电压表量程,结合灯泡额定电压可知$V_1$选用0~3V量程,该量程分度值为0.1V,再根据指针位置读取电压值。
4. 第(4)问:并联电路各支路电压相等,均为2.5V。根据$R=\frac{U}{I}$计算两灯电阻,结合$P=\frac{U^2}{R}$可知,电压相同时,电阻越小,实际功率越大,灯泡越亮,据此判断较亮的灯泡。
【解析】
(1) 电流做功的多少可通过灯泡的亮暗程度来比较,这是转换法的应用,相同时间内灯泡越亮,说明电流做功越多。
(2) 由图可知$L_1$、$L_2$串联,$V_1$测$L_1$电压,$V_2$测$L_2$电压。两灯都不发光,说明电路断路;$V_1$示数很大,说明$V_1$与电源连通,$V_2$示数为0,说明$V_2$两端无电压,因此故障为$\mathrm{L}_{1}$断路。
(3) 电压表$V_1$选用0~3V量程,分度值为0.1V,由图(b)指针位置可知,电压值为2.4V。
(4) 根据$R=\frac{U}{I}$,计算两灯电阻:
$R_1=\frac{U_{1额}}{I_{1额}}=\frac{2.5\mathrm{V}}{0.3\mathrm{A}}\approx8.33\Omega$,$R_2=\frac{U_{2额}}{I_{2额}}=\frac{3.8\mathrm{V}}{0.3\mathrm{A}}\approx12.67\Omega$,即$R_1<R_2$。
并联在2.5V电路中时,各支路电压相等,根据$P=\frac{U^2}{R}$,电压相同时电阻越小,实际功率越大,灯泡越亮,因此$L_1$实际功率更大,更亮。
【答案】
(1) 灯泡的亮暗程度
(2) $\mathrm{L}_{1}$断路
(3) 2.4
(4) $\mathrm{L}_{1}$
【知识点】
串联电路故障分析、电压表的使用、电功率的比较
【点评】
本题综合考查电功的转换法判断、串联电路故障分析、电压表读数及并联电路灯泡亮度比较,涵盖多个电学基础知识点,需要学生熟练掌握电路分析方法和电学公式的应用,注重对基础知识综合运用能力的考查。
【难度系数】
0.6
1. 第(1)问:电流做功的多少无法直接观测,根据转换法,电流做功的过程是电能转化为光能和内能的过程,相同时间内电流做功越多,灯泡获得的电能越多,发光越亮,因此可通过灯泡亮暗程度来间接比较一定时间内电流做功的多少。
2. 第(2)问:先明确电路连接方式,$L_1$与$L_2$串联,$V_1$测$L_1$两端电压,$V_2$测$L_2$两端电压。两灯均不发光,说明电路存在断路故障(若为短路故障,至少有一个灯泡会发光);$V_1$示数很大,说明$V_1$通过$L_2$、滑动变阻器等与电源两极连通,$V_2$示数为0说明$V_2$两端无电压,结合串联电路故障特点,可推断故障为$L_1$断路。
3. 第(3)问:先确定电压表量程,结合灯泡额定电压可知$V_1$选用0~3V量程,该量程分度值为0.1V,再根据指针位置读取电压值。
4. 第(4)问:并联电路各支路电压相等,均为2.5V。根据$R=\frac{U}{I}$计算两灯电阻,结合$P=\frac{U^2}{R}$可知,电压相同时,电阻越小,实际功率越大,灯泡越亮,据此判断较亮的灯泡。
【解析】
(1) 电流做功的多少可通过灯泡的亮暗程度来比较,这是转换法的应用,相同时间内灯泡越亮,说明电流做功越多。
(2) 由图可知$L_1$、$L_2$串联,$V_1$测$L_1$电压,$V_2$测$L_2$电压。两灯都不发光,说明电路断路;$V_1$示数很大,说明$V_1$与电源连通,$V_2$示数为0,说明$V_2$两端无电压,因此故障为$\mathrm{L}_{1}$断路。
(3) 电压表$V_1$选用0~3V量程,分度值为0.1V,由图(b)指针位置可知,电压值为2.4V。
(4) 根据$R=\frac{U}{I}$,计算两灯电阻:
$R_1=\frac{U_{1额}}{I_{1额}}=\frac{2.5\mathrm{V}}{0.3\mathrm{A}}\approx8.33\Omega$,$R_2=\frac{U_{2额}}{I_{2额}}=\frac{3.8\mathrm{V}}{0.3\mathrm{A}}\approx12.67\Omega$,即$R_1<R_2$。
并联在2.5V电路中时,各支路电压相等,根据$P=\frac{U^2}{R}$,电压相同时电阻越小,实际功率越大,灯泡越亮,因此$L_1$实际功率更大,更亮。
【答案】
(1) 灯泡的亮暗程度
(2) $\mathrm{L}_{1}$断路
(3) 2.4
(4) $\mathrm{L}_{1}$
【知识点】
串联电路故障分析、电压表的使用、电功率的比较
【点评】
本题综合考查电功的转换法判断、串联电路故障分析、电压表读数及并联电路灯泡亮度比较,涵盖多个电学基础知识点,需要学生熟练掌握电路分析方法和电学公式的应用,注重对基础知识综合运用能力的考查。
【难度系数】
0.6