Question

5．在“測(cè)定小燈泡功率”的實(shí)驗(yàn)中，小明同學(xué)設(shè)計(jì)的電路如圖所示，被測(cè)小燈泡的額定電壓為3.5V，電阻約為10Ω，實(shí)驗(yàn)器材如下：電源（電壓為6V）、電流表（0-0.6A 0-3A）、電壓表（0-3V 0-15V）、開關(guān)各一只，滑動(dòng)變阻器兩只；R₁（5Ω 0.5A）、R₂（10Ω 0.5A），導(dǎo)線若干．
（1）本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是P=UI；
（2）請(qǐng)你完成圖所示的實(shí)驗(yàn)電路的連接（要求當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，燈泡變暗）．
（3）若連好電路后，閉合開關(guān)S，小明發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)約為6V，則故障的原因可能是C
A．小燈泡短路   B．電流表斷路
C．小燈泡的燈座接觸不良   D．電壓表的正、負(fù)接線柱接反
（4）小明的實(shí)驗(yàn)記錄，計(jì)算如下表：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P額=$\frac{1.08+1.40+1.76}{3}$=1.41
2	3.5	0.40	1.40
3	4.0	0.44	1.76

小明數(shù)據(jù)處理過程的錯(cuò)誤是把電功率的平均值作為額定電功率：正確測(cè)量結(jié)果P_額=1.40W．
（5）小明繼續(xù)分析表中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)小燈泡的電阻值不是一個(gè)定值，原因是：燈絲的電阻隨溫度的變化而變化．
（6）測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)電壓表的15V量程損壞，正確做法應(yīng)該將電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為2.5V時(shí)，記下電流表示數(shù)．計(jì)算得到燈的額定電功率．在分析實(shí)驗(yàn)誤差的過程中，考慮到電流表也有電阻，在電路中也會(huì)分得少許電壓．考慮此因素，這樣測(cè)得的小燈泡的額定功率比真實(shí)值偏大（選填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)原理為P=UI；
（2）根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表的量程，根據(jù)當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí)，燈泡變暗，確定變阻器接線柱的連接方式；
（3）小明發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表的示數(shù)為零，說明電路斷路或電路的總電阻很大；電壓表的示數(shù)約為6V接近電源電壓，說明電壓表與電源連通，故可能的故障為小燈泡的燈座接觸不良；
（4）根據(jù)額定功率的定義判斷錯(cuò)誤和大�。�
（5）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)作答；判斷燈泡兩端的實(shí)際電壓和電流的測(cè)量誤差，得出電功率的測(cè)量誤差．

解答 解：（1）測(cè)定小燈泡功率的實(shí)驗(yàn)原理為P=UI；
（2）燈的額定電壓為3.5V，所以，電壓表選用大量程，將電壓表并聯(lián)在燈的兩端；滑片左移時(shí)，燈變暗，此時(shí)電路中的電流變小，電阻變大，說明變阻器滑片以右電阻絲連入電路中，如下圖所示；

（3）A、若小燈泡短路，則電壓表示數(shù)為0，與題意不符，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；
B、若電流表斷路，則兩表均無示數(shù)，與題意不符，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；
C、若連好電路后，閉合開關(guān)S，小明發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表的示數(shù)為零，說明電路斷路或電路的總電阻很大；電壓表的示數(shù)約為6V接近電源電壓，說明電壓表與電源連通，故可能的故障為小燈泡的燈座接觸不良，導(dǎo)致電壓表串聯(lián)在電路中，C正確；
D、若電壓表的正、負(fù)接線柱接反，電壓表指針會(huì)反向偏轉(zhuǎn)，與電壓表的示數(shù)約為6V不符，D選項(xiàng)錯(cuò)誤．
故選C；
（4）燈在不同的電壓下對(duì)應(yīng)不同的功率，燈在額定電壓下的功率為額定功率，將不同電壓下的電功率的平均值作為額定功率是沒有意義的；
因燈的額定電壓為3.5V，根據(jù)額定功率的定義，由表中數(shù)據(jù)知，燈的額定功率為1.40W；
（5）因電源電壓為6V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，當(dāng)變阻器的電壓即電壓表示數(shù)為6V-3.5V=2.5V時(shí)，燈兩端的電壓為3.5V，一定正常發(fā)光；
由于電流表也有電阻，分得少許電壓，所以燈泡兩端的實(shí)際電壓U_實(shí)=U-U_電流表-U_變阻器＜U_測(cè)=U-U_變阻器=3.5V，電路中的實(shí)際電流I_實(shí)=$\frac{U}{{R}_{電流表}{+R}_{變阻器}{+R}_{燈}}$＜I，根據(jù)P=UI，計(jì)算出的電功率偏大．
故答案為：（1）P=UI；
   （2）如上圖所示；
（3）C； 
（4）把電功率的平均值作為額定電功率；1.40；燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；
（5）2.5；偏大．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)定小燈泡功率，考查實(shí)驗(yàn)原理、電路的連接、常見故障的分析、影響電阻大小的因素、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估能力，綜合性較強(qiáng)，有一定難度．