Question

7．在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，已連接的部分電路如圖a所示，圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V“字樣．
（1）請你用筆畫線代替導線，將圖中的實物電路連接完整．
（2）正確連接實驗電路后，開關試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，其故障原因可能是燈泡斷路．
（3）故障排除后開始實驗，當變阻器滑片滑到圖示位置時，電壓表的示數(shù)為3.0V，接著應將滑片向右滑動，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）實驗時某小組學生發(fā)現(xiàn)電流表損壞，他們想設計一個不用電流表測定該小燈泡額定功率的實驗，于是向老師要了一個R₀的定值電阻（阻值適當），和一個單刀雙擲開關（符號為（），借助原有的實驗器材，順利完成了實驗，假如由你來做實驗，要求電路只連接一次，請設計實驗方案．
①在虛線框內畫出實驗電路圖．
②簡述實驗步驟．a、根據電路圖連接電路，閉合開關S₁、S₂接1，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U（用相應的字母表示測出得出物理量）
③寫出燈泡額定功率的表達式P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）根據實驗原理連接實物電路圖，注意電表量程和變阻器的接法．
（2）電壓表有示數(shù)，說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，據此分析故障的可能原因．
（3）在額定電壓下燈泡的功率為額定功率，根據題意與電路圖判斷滑片的移動方向；由圖示電表確定其分度值，讀出其示數(shù)，然后由P=UI求出燈泡額額定功率．
（4）實驗器材中沒有電流表，只有電壓表和定值電阻，可根據串聯(lián)電路的電流特點設計電路，即燈泡與定值電阻、滑動變阻器串聯(lián)組成電路，利用電壓表分別測出燈泡和定值電阻兩端電壓以及燈泡兩端的電壓，調節(jié)滑動變阻器使燈泡兩端的電壓達到額定電壓，然后測出定值電阻和燈泡兩端的電壓，根據串聯(lián)電路的電流的特點和歐姆定律求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，利用P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）測燈泡功率實驗，電壓表測燈泡兩端電壓，燈泡額定電壓3.8V，所以電壓表應使用0-15V量程，變阻器一上一下接入電路，實物電路圖如圖所示：

（2）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明某處發(fā)生了斷路，電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的燈泡出現(xiàn)了斷路．
（3）電壓表示數(shù)為3V，小于燈泡額定電壓，為測燈泡額定電壓，由電路圖根據串聯(lián)電路的分壓原理可知，應向右移動滑片，減小滑動變阻器連入電路中的阻值，從而減小滑動變阻器分擔的電壓，增大燈泡兩端的電壓，使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V；
由電路圖可知，電流表量程為0～0.6A，由圖示電流表可知，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，
所以燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①實驗需要測出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，可以把燈泡與定值電阻串聯(lián)，測出定值電阻兩端電壓，由歐姆定律求出通過定值電阻的電流，由于燈泡與定值電阻串聯(lián)，可以求出通過燈泡的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率，實驗電路圖如圖所示：

②實驗步驟：a、根據電路圖連接電路，閉合開關S₁、S₂接1，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{{R}_{0}}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）右；1.52；（4）①如上圖；②a、根據電路圖連接電路，閉合開關S₁、S₂接1，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗操作、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實驗設計等；對電表讀數(shù)時要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時視線要與電表刻度線垂直；最后一問：實驗設計是本題的難點，知道實驗原理、應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題．