Question

16．一個額定電壓是6V的小燈泡，其正常工作時通過的電流約為0.3A，小明想測定這個小燈泡的額定功率．實驗室中有如下器材：電流表、電壓表、開關各一個，三個規(guī)格分別為“10Ω  lA”、“50Ω  0.5A”和“1kΩ 1A”的滑動變阻器，導線若干，電源（電壓為12V）．

（1）小明設計了如圖甲所示電路圖，通過分析你認為小明應選用規(guī)格為50Ω0.5A的滑動變阻器．
（2）實物圖中已連接了部分電路．請你根據電路圖用筆畫線代替導線，將電路乙連接完整．
（3）小明正確選擇了滑動變阻器，將電路補充連接后，閉合開關，發(fā)現燈泡發(fā)光較暗，電流表有示數．任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數不變（示數不為零）且小于6V．具體原因是滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱上．
（4）小明排除故障后，繼續(xù)實驗．當電壓表的示數為6V時，電流表的示數（如圖丙所示）為0.32A，則小燈泡此時的電阻為Ω
（5）小明還想測出小燈泡正常發(fā)光時的功率，但發(fā)現電壓表損壞，小明利用電阻箱R1，一個電流表A₁，滑動變阻器等器材組成的實驗電路，也順利地完成了實驗，請在虛線框中畫出小明設計的實驗電路，補充實驗步驟，并寫出小燈泡正常發(fā)光的額定功率表達式．
①閉合開關，調節(jié)電阻箱R₁，至某一整刻度，并讀出R₁，
②調節(jié)滑動變阻器滑片P使電流表A₁的示數為$\frac{6V}{{R}_{1}}$
③觀察并記錄電流表A₂的示數為I₂
計算小燈泡的額定功率，表達式P=6V×I₂．

Answer 1

分析 （1）燈泡正常發(fā)光時，燈泡電壓等于額定電壓，根據串聯電路的特點求出滑動變阻器兩端的電壓，根據歐姆定律求出接入電路的滑動變阻器的阻值，根據此時接入電路的滑動變阻器的阻值及允許通過的最大電流選擇滑動變阻器，滑動變阻器的最大阻值應略大于接入電路的阻值．
（2）滑動變阻器按一上一下串聯在電路中，電壓表與被測電路并聯；
（3）根據現象判斷電路電阻太大，而滑阻移動不能改變電路電流，所以判斷出滑阻下面的兩個接線柱接入電路，只起了一個定值電阻的作用，起不到改變電壓的作用；
（4）根據電流表的量程和分度值讀出示數的大小，根據P=UI求出燈泡的額定功率．
（5）小燈在額定電壓下工作時，其實際功率等額定功率，因此要測它的額定功率，須使小燈泡的兩端的電壓等于6V，由于電壓表操壞，無法直接測量，可并聯電路的電壓規(guī)律，利用電流表測出一支路電流，由U=IR計算電壓，據此解題．

解答 解：（1）小燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_燈=12V-6V=6V，此時滑動變阻器接入電路的電阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V}{0.3A}$=20Ω，電路電流是0.3A，因此應選規(guī)格為“50Ω  0.5A”的滑動變阻器；
（2）滑動變阻器按一上一下串聯在電路中，電壓表與被測電路并聯，如圖1所示；
（3）燈泡發(fā)光較暗，電流表有示數說明電流太小，滑動變阻器的阻值太大，任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數不變說明滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱上（滑動變阻器接成了定值電阻）．
（4）由圖可知，電流表使用的量程是0～0.6A，分度值為0.02A，示數是0.32A；
此時燈泡的電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.32A}$=18.75Ω；
（5）電阻箱接入電路的電阻為R1，因此把R1與燈泡串聯，此時R₁兩端電壓與L兩端電壓相等，用電流表A₁測R₁電流I，根據U=IR計算電阻箱兩端電壓，調節(jié)滑動變阻器接入電路中的電阻大小，使IR=6V，此時小燈泡正常發(fā)光，再利用電流表A₂測出此時通過小燈泡的電流I₂，根據P=UI計算，
②調節(jié)滑動變阻器滑片P使電流表A₁的示數為$\frac{6V}{{R}_{1}}$，
③觀察并記錄電流表A₂的示數為I₂，
小燈泡的額定功率，表達式為：P=UI₂=6V×I₂；
電路圖如圖2：
故答案為：（1）“50Ω 0.5A”；（2）如圖1；（3）滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱上；（4）0.32；18.75；（5）
②調節(jié)滑動變阻器滑片P使電流表A₁的示數為$\frac{6V}{{R}_{1}}$；③觀察并記錄電流表A₂的示數為I₂；6V×I₂；如圖2．

點評 本題考查了滑動變阻器的選擇、電路的連接與設計、電路故障的分析、電流表的讀數，要理解并聯電路的特點并能靈活運用．