Question

11．在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，燈泡上標(biāo)有“3.8V”字樣，電源電壓恒定．
（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖1中的實物電路連接完整．

（2）連接完實驗電路后，開關(guān)試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，其故障原因可能是：燈泡處斷路．
（3）故障排除后，開始實驗，在移動變阻器滑片的過程中，眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)，如果此時電壓表的示數(shù)為3V滑動變阻器的滑片應(yīng)向右（左或右）端移動，直至燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖2所示，則燈泡的額定功率為1.52W，燈泡正常發(fā)光時的電阻是9.5Ω．
（4）實驗時閉合開關(guān)，兩表均有示數(shù)，若將小燈泡從燈座中取走，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)（兩空均選填“有”或“無”）．
（5）完成上述實驗后，小聰向老師要了一個已知阻值為R₀的電阻和一個單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設(shè)計了如圖3所示的電路，也測出了燈泡的額定功率．請完成下列實驗步驟：
①閉合開關(guān)S₁，將S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”），移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②再將開關(guān)S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為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(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，電流表、燈泡、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，連線時注意滑動變阻器的接法，注意電表正負(fù)接線柱不要接反；
（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，從而判斷出故障的可能原因．
（3）根據(jù)“燈泡兩端的電壓為額定電壓時，燈泡的功率為額定功率，燈泡正常發(fā)光”解決此題；根據(jù)實物圖可知電流表的量程，并讀出電流表的示數(shù)；利用P=UI計算燈泡的額定功率；
（4）若串聯(lián)電路發(fā)生斷路，則電路中不會有電流，用電器不工作，斷路處的電壓為電源電壓；
（5）當(dāng)燈泡兩端電壓等于額定電壓時，燈泡正常發(fā)光，因此先讓電壓表測量燈泡兩端電壓，使燈泡正常發(fā)光，然后測量出燈泡和定值電阻兩端的電壓，再結(jié)合串聯(lián)電路的特點和歐姆定律求出電路中的電流，最后根據(jù)P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）燈泡額定電壓是3.8V，電壓表選0～15V量程；電流表、燈泡、滑動變阻器聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，滑動變阻器按一上一下的原則接線；如圖所示：
；
（2）連好電路，開關(guān)試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說明在電壓表兩接線柱之間的電路是斷路，因此故障為燈泡處斷路；
（3）測量燈泡額定功率時，閉合開關(guān)，此時電壓表的示數(shù)為3V，小于燈泡的額定電壓，應(yīng)增大燈泡兩端的電壓，減小滑動變阻器兩端的電壓，減小滑動變阻器的電阻，故向右移動滑動變阻器的滑片P，眼睛應(yīng)先注視電壓表的示數(shù)，當(dāng)小燈泡的電壓為額定電壓3.8V時，讀出電流表示數(shù)；
根據(jù)實物圖可知電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，故電流表示數(shù)為0.4A；所以燈泡的額定功率為P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
燈泡的電阻為：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.4A}$=9.5Ω；
（4）實驗時閉合開關(guān)，兩表均有示數(shù)，若將小燈泡從燈座中取走，此時電路相當(dāng)于電壓表與滑動變阻器串聯(lián)，由于電壓表的電阻太大，電路中的電流幾乎為零，因此電流表無示數(shù)，而電壓表有示數(shù)（幾乎為電源電壓）．
（5）①閉合開關(guān)S_l，將S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②再將開關(guān)S₂撥到觸點1，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U，由于串聯(lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和，所以燈泡正常發(fā)光時，定值電阻R₀兩端的電壓為U-3.8V，由歐姆定律可得，此時通過燈泡的電流：I=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$；
③燈泡額定功率的表達(dá)式：P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡處斷路；（3）電壓表；1.52；9.5；（4）有；無；（5）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了實物電路的連接、故障分析、電流表讀數(shù)、額定功率的計算以及實驗步驟的設(shè)計等問題；（5）有一定的難度，要根據(jù)測量小燈泡功率的原理以及串聯(lián)電路的特點完成實驗步驟．