Question

20．在測量“小燈泡的電功率”的實驗中，小燈泡的額定電流為0.3A，燈絲阻值在10～15Ω之間，所提供的器材有：電流表、電壓表、電源（電壓恒為6V）、開關各一個，滑動變阻器（“5Ω2A”、“20Ω1A”各一個），導線若干．
（1）圖甲是小明沒有連接完的實物電路，請你用筆畫線代替導線將實物圖補充完整．

（2）小明選用的滑動變阻器的規(guī)格為20Ω1A．
（3）閉合開關，移動滑片，當電流表的示數(shù)為0.3A時，電壓表的示數(shù)如圖乙所示．讀數(shù)為4V，小燈泡的額定功率為1.2W．
（4）小紅沒用電壓表，但多用了一個開關，其他器材與小明的相同，也測出了小燈泡的額定功率．請在圖丙虛線框內(nèi)畫出她設計的電路圖，并寫出實驗步驟及測定額定功率的表達式．
實驗步驟：①按電路圖2連接實物電路圖；
②閉合開關S₁、斷開S₂，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.3A；
③滑片位置不動，閉合開關S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
④求燈泡額定功率．．
表達式：P_額=（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W．
（5）另一組的小華剛連接完最后一根導線，立即看到燈泡發(fā)出明亮的光．在一旁的小張一驚，提醒小華，小華想，我的實驗連線沒有出問題��！請你說出小華在實驗中兩個操作不當之處：①連接電路時，開關沒有斷開，②滑動變阻器滑片沒有置于阻值最大處．
（6）某同學在連接電路后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片P過程中發(fā)現(xiàn)，燈泡變亮時，電壓表示數(shù)反而減小，燈泡變暗時，電壓表示數(shù)反而增大，經(jīng)檢查所有器材均完好，你認為原因可能是電壓表測滑動變阻器兩端的電壓了．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電壓表連線不完整，根據(jù)題意確定電壓表量程，電壓表應與燈泡并聯(lián)．
（2）求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值，根據(jù)該阻值選擇滑動變阻器的規(guī)格．
（3）由圖乙確定電壓表量程與分度值，讀出電壓表示數(shù)，然后由電功率公式P=UI求出燈泡的功率．
（4）燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，用電流表測流過電路的電流，由串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出流過燈泡電流為燈泡額定電流時，燈泡兩端電壓，然后由P=UI求出燈泡額定功率．
（5）連完最后一根導線，燈立即發(fā)光，說明開關是閉合的；發(fā)出明亮的光，說明電路中的電流較大，電阻較小，據(jù)此可分析原因．
（6）測燈泡額定功率實驗中，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)；燈泡兩端電壓越大，燈泡實際功率越大，燈泡越亮，滑動變阻器兩端電壓越�。粺襞輧啥穗妷涸叫�，燈泡實際功率越小，燈泡越暗，滑動變阻器兩端電壓越大；根據(jù)題意與串聯(lián)電路特點分析答題．

解答 解：（1）根據(jù)U=IR=0.3A×15Ω=4.5V，電壓表量程是0～15V，電壓表與燈泡并聯(lián)，電路圖如圖所示．

（2）電路電流為燈泡額定電流0.3A時，由U=IR可知，燈泡兩端電壓約為3V～4.5V，
此時，滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈，滑動變阻器兩端電壓約為1.5V～3V，
由R=$\frac{U}{I}$可知，此時滑動變阻器接入電路的阻值約為5Ω～10Ω，則滑動變阻器應選擇“20Ω  1A”；
（3）由圖乙知，電壓表量程是0～15V，分度值是0.5V，電壓表示數(shù)是4V，
燈泡額定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（4）電路圖如圖2所示；
實驗步驟：①按電路圖2連接實物電路圖；
②閉合開關S₁、斷開S₂，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.3A；
③滑片位置不動，閉合開關S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
④求燈泡額定功率．
燈泡額定功率：
1、滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$；
2、滑動變阻器兩端的電壓U_滑=0.3A×R_滑=0.3A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{1.8W}{I}$；
3、燈泡兩端電壓U_燈=U-U_滑=6V-$\frac{1.8W}{I}$；
4、燈泡額定功率P=I_燈U_燈=0.3A×（6V-$\frac{1.8W}{I}$）=（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W；
（5）連完最后一根導線，燈泡立即發(fā)出明亮的光，說明開關已閉合，且電路中電阻較小，原因為：①連接電路時，開關沒有斷開；②滑動變阻器滑片沒有置于阻值最大處；
（6）燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，燈泡兩端電壓越大，燈泡實際功率越大，燈泡越亮，此時滑動變阻器兩端電壓越小，
移動滑動變阻器滑片P過程中發(fā)現(xiàn)，燈泡變亮，燈泡兩端電壓變大，滑動變阻器兩端電壓減小，電壓表示數(shù)減小，
這說明電壓表接在滑動變阻器兩端，測滑動變阻器兩端電壓．
故答案為：（1）實物電路圖如圖甲所示；（2）“20Ω 1A”；（3）4；1.2；（4）實驗電路圖如圖2所示：①按電路圖2連接實物電路圖；
②閉合開關S₁、斷開S₂，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.3A；
③滑片位置不動，閉合開關S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
④求燈泡額定功率．（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W
（5）①連接電路時開關沒有斷開；②滑動變阻器的阻值沒有調(diào)到最大處；（6）電壓表測滑動變阻器兩端的電壓了．

點評 本題考查了連接電路圖、實驗器材的選擇、電壓表讀數(shù)、求燈泡功率、實驗電路圖及實驗步驟的設計等問題，低（4）問設計實驗電路、實驗步驟難度較大，是本題的難點．