Question

8．在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，所用燈泡上標有“3.8V”，且功率不大于2W字樣，電源電壓恒定．

（1）①如圖甲所示電路連接有錯，如果閉合開關(guān)，電壓表的讀數(shù)約為4.5V，電流表的讀數(shù)約為0A；
②請在錯誤的那根導(dǎo)線上畫“×”，并同時完成正確連接．
（2）開始實驗，在移動變阻器滑片的過程中，眼睛應(yīng)注視的電壓表示數(shù)，直至燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則燈泡的額定功率為1.14W．
（3）實驗的同學(xué)根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，繪制了圖丙所示的I-U關(guān)系的圖象，從圖象我們可以得出，在燈泡功率變大的同時，燈泡的電阻也同時變大（選填“變大”或“變小”）．
（4）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)計了如圖丁所示的電路，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，記為U₁．
②再將開關(guān)S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），并保持滑片的位置不變，讀出電壓表的示數(shù)U₂．
③燈泡額定功率的表達式為P_額=U₁×$\frac{{U}_{2}{-U}_{1}}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）①電壓表串聯(lián)在電路中，電流表并聯(lián)在燈和變阻的兩端，根據(jù)歐姆定律和分壓原理作答；
②電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈的兩端，電流表串聯(lián)在電路中；
（2）燈在額定電壓下的功率為額定功率，根據(jù)電流表小量程讀出電流表的示數(shù)，由P=UI求燈的額定功率；
（3）運用作圖法，比較電壓和電流增加的快慢，根據(jù)歐姆定律求出電阻變化的特點；
（4）沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于U₁=3.8V，然后通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，在電路的連接關(guān)系沒有改變，各用電器的電壓沒有改變的前提下，用電壓表測出正常工作的燈和定值電阻兩端的電壓U₂，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點，求出便可求出定值電阻的電壓，由歐姆定律求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 （1）①電壓表串聯(lián)在電路中，因其內(nèi)阻很大，根據(jù)歐姆定律，電路中的電流幾乎為0；根據(jù)分壓原理，電壓表分得了絕大部分電源電壓，示數(shù)接近電源電壓3×1.5V=4.5V；
②原電路中，電壓表串聯(lián)在電路中，電流表并聯(lián)在燈和變阻的兩端是錯誤的，電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈的兩端，電流表串聯(lián)在電路中，如下圖所示；

（2）燈在額定電壓下的功率為額定功率，所以，在移動變阻器滑片的過程中，眼睛應(yīng)注視的電壓表示數(shù)，直至電壓表示數(shù)為3.8V燈泡正常發(fā)光；
在圖乙中電流表小量程的分度值為0.02A，示數(shù)大小為0.3A，燈的額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（3）在圖丙的所示的I-U關(guān)系的圖象上作出a、b兩點電壓U_a、U_b所對應(yīng)的電流I_a、I_b，根據(jù)歐姆定律，a點對應(yīng)的電阻大小Ra=$\frac{{U}_{a}}{{I}_{a}}$，由圖可看出，電壓U_b-U_a量大于電流I_b-I_a的量，即電壓增加的要比電流增加的快，所以，R_b=$\frac{{U}_}{{I}_}$＞Ra=$\frac{{U}_{a}}{{I}_{a}}$，即從圖象我們可以得出，在燈泡功率變大的同時，燈泡的電阻也同時變大；

（4）①閉合開關(guān)S₁，將S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V（燈正常發(fā)光），記為U₁；
②再將開關(guān)S₂撥到觸點1，并保持滑片的位置不變，讀出電壓表的示數(shù)U₂．
③因滑片的位置不變，電路的連接關(guān)系沒有改變，各用電器的電壓沒有改變，所以在②中燈仍正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點，定值電阻R0的電壓U₀=U₂-U₁，通過其的電流大小I=$\frac{{U}_{2}{-U}_{1}}{{R}_{0}}$，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點，即為燈正常發(fā)光的時的電流大小，所以燈的額定功率P=UI=U₁×$\frac{{U}_{2}{-U}_{1}}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）①4.5；0；②如上圖1所示；
（2）電壓；1.14；
（3）變大；
（4）①2；3.8；②1；③U₁×$\frac{{U}_{2}{-U}_{1}}{{R}_{0}}$．

點評 本題測量小燈泡的額定功率，考查故障的分析與判斷、電路的連接、操作過程、額定功率的計算及設(shè)計實驗方案的能力，最后一問難度較大，對能力要求較高．