Question

12．在測(cè)定小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中 （所用燈泡的額定電壓U₀=3.8V）：
（1）王強(qiáng)小組采用圖1所示的方案，這種測(cè)量方法叫做伏安法；測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)后，
無論怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能是：電燈燈絲斷了；排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，直到電壓表的示數(shù)為3.8V，此時(shí)電流表示數(shù)如圖2所示，則小燈泡的額定功率為1.14W；

（2）姚遠(yuǎn)小組設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）：
實(shí)驗(yàn)步驟：
①電路如圖3所示，請(qǐng)你按電路圖3在圖4中用筆畫線連好電路；
②開關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開關(guān)S撥到位置2，滑片P位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂．
數(shù)據(jù)處理：先算出了燈泡的電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（請(qǐng)你用所測(cè)的物理量表示），再根據(jù)，P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計(jì)算出燈的額定功率．他們按此方案測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，原因是：燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大．仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．

Answer 1

分析 （1）在測(cè)定小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)原理為P=UI，常用的方法是伏安法，
燈泡不亮，可能是燈泡斷路或燈泡短路或燈泡之外的電路斷路；電流表示數(shù)為零，說明電路存在斷路；
電壓表示數(shù)接近于電源電壓，說明電壓表與燈泡兩端相連，燈泡之外電路不存在斷路；
綜合分析可知電路故障為燈泡斷路；確定電流表的量程、最小分度值，然后讀出電流表示數(shù)，
由P=UI求出燈泡的額定功率；
（2）a、小紅小組想使用等效替代法，根據(jù)等效替代法分析答題；b、開關(guān)撥到2時(shí)，應(yīng)保持滑片位置不動(dòng)；
c、由歐姆定律求出燈泡兩端的電壓，由串聯(lián)電路的特點(diǎn)求出流過燈泡的電流，最后由歐姆定律求出燈泡的電阻；
d、燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大；
e、為準(zhǔn)確測(cè)出燈泡功率，只需在步驟②中進(jìn)行如下操作即可：開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到燈泡正常發(fā)光為止，讀出電流表示數(shù)I₁

解答 解：（1）在測(cè)定小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)原理為P=UI，常用的方法是伏安法，
閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能是：燈泡斷路；由圖知：電流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.3A，
燈泡額定功率P=U₀I=3.8V×0.3A=1.14W；
（2）電路圖如下：

③a、開關(guān)S拔到位置2，滑片位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂．
b、開關(guān)在位置1時(shí)，燈泡與電阻并聯(lián)，燈泡兩端的電壓U_L=U_R=I₁R，
開關(guān)打到2位置時(shí)，由并聯(lián)電路特點(diǎn)知：流過燈泡的電流I_燈=I₂-I₁，
則燈泡電阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
c、因?yàn)闊襞蓦娮桦S溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，
所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大；
d、要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為：
開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．
故答案為：（1）伏安法；電燈燈絲斷了；1.14；
（2）見上圖；$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大；開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路故障分析、歐姆定律的應(yīng)用、并聯(lián)電路的特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)，本題第（2）小題應(yīng)用了等效替代法，第（2）小題有一定的難度，解題是時(shí)要注意認(rèn)真分析．