Question

5．某班同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測(cè)定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)．被測(cè)小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開(kāi)關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線若干，滑動(dòng)變阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω  1A）．
（1）電壓表應(yīng)選用0～15V擋，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R₂（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）．
（2）圖1是小明畫(huà)出的實(shí)驗(yàn)電路圖，請(qǐng)你根據(jù)電路圖用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，幫他將圖2中未完成的電路連接好，要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，連入電路的阻值變小，導(dǎo)線不能交叉．
（3）實(shí)驗(yàn)電路接好后，合上開(kāi)關(guān)時(shí)，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，根據(jù)現(xiàn)象和檢測(cè)結(jié)果指出故障的可能原因：

故障現(xiàn)象	檢測(cè)	故障原因
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變	①滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱
燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無(wú)示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變	②燈泡斷路

（4）表為某小組的實(shí)驗(yàn)記錄分析表：

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=$\frac{1.08+1.52+1.89}{3}$=1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老師認(rèn)為該小組的數(shù)據(jù)處理過(guò)程有錯(cuò)誤，你認(rèn)為錯(cuò)誤之處是額定功率不應(yīng)求平均值，正確的測(cè)量結(jié)果是P_額=1.52 W．

Answer 1

分析 （1）由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在約為6V的電源上，燈泡正常工作時(shí)，求得滑動(dòng)變阻器電壓，求得燈泡正常工作時(shí)的電流，即滑動(dòng)變阻器電流，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計(jì)算需要的滑動(dòng)變阻器的最小電阻．滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流大于電路中的最大電流．
（2）由電路圖可知，電壓表與燈泡并聯(lián)，電流表與燈泡串聯(lián)，注意兩電表的量程和正負(fù)接線柱的連接；滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，連入電路的電阻變小可知此時(shí)要靠近下方右端接線柱．
（3）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，說(shuō)明電路電阻太大；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變說(shuō)明滑動(dòng)變阻器不能改變電路電阻，即滑動(dòng)變阻器全部接入電路．
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無(wú)示數(shù)說(shuō)明電路斷路；取下燈泡，兩表的示數(shù)不變說(shuō)明燈泡斷路．
（4）由于燈泡的實(shí)際功率不是定值，所以不能求平均值；當(dāng)燈泡在額定電壓下，燈泡正常工作時(shí)的實(shí)際功率等于燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表選擇0～15V量程．
燈泡正常工作時(shí)，電路電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
滑動(dòng)變阻器兩端電壓U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動(dòng)變阻器電阻為R′=$\frac{U′}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑動(dòng)變阻器的電阻太小，“500Ω 1A”滑動(dòng)變阻器的電阻太大，不能滿足實(shí)驗(yàn)需要．
所以選擇“10Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器．
（2）電壓表選15V量程與燈泡并聯(lián)，電流表選0.6V的量程與燈泡串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器右下方接線柱與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

（3）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變，故障原因是：滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱．
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無(wú)示數(shù)，取下燈泡，兩表的示數(shù)不變故障原因是：燈泡斷路．
（4）由于燈泡的實(shí)際功率不是定值，所以不能通過(guò)求平均值的方法來(lái)求功率；該小組數(shù)據(jù)處理過(guò)程是錯(cuò)誤的；
額定功率等于燈泡正常工作時(shí)的實(shí)際功率，即實(shí)際電壓為3.8V時(shí)的實(shí)際功率1.52W．
故答案為：
（1）0～15V；R₂；
（2）如上圖所示；
（3）①滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱；②燈泡斷路；
（4）額定功率不應(yīng)求平均值；1.52．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了用伏安法測(cè)燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器的正確使用方法．對(duì)于電表量程的選擇，應(yīng)盡量使在不超過(guò)電表量程的前提下，使電表指針偏轉(zhuǎn)幅度盡量大些，以保證可以多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，從而歸納出普遍結(jié)論．