Question

19．小明需要完成“測量小燈泡的功率”的實(shí)驗(yàn)．所用器材有：標(biāo)有“3.8V”字樣的待測小燈泡（正常發(fā)光時(shí)電阻大約13Ω）、電壓恒為6V 的電源、標(biāo)有“30Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）、開關(guān)及導(dǎo)線若干．

（1）請?jiān)趯?shí)物圖上用畫線的方法連接各元件，并使滑片向右移動(dòng)時(shí)，電流表示數(shù)會(huì)變小，連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開．
（2）小明同學(xué)按電路圖正確連接電路后，閉合開關(guān)，從大到小調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，并將正確操作下的電壓表和電流表的示數(shù)填入表．

電壓表的示數(shù)U/V	電流表的示數(shù)I/A	小電燈的功率P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①小燈泡額定功率為1.14W．
②若電壓表的0～15V 量程已損壞，只能使用0～3V 量程，其它器材不變，如何測出小燈泡的額定功率？在圖2虛線框中畫出測量電路圖．
③若小燈泡兩端最大可加4.5V電壓，為保證實(shí)驗(yàn)時(shí)你所設(shè)計(jì)的測量電路中各元件的安全，參照小明的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍應(yīng)為20.0_Ω～4.7Ω．（保留一位小數(shù)）
（3）小紅和小莉兩個(gè)同學(xué)也要分別做“測定小燈泡的功率”實(shí)驗(yàn)，除了小燈泡外她們所使用的器材規(guī)格均相同，小燈泡的額定電壓可能是“2.2V”、“2.5V”或“3.8V”，小燈泡功率相差不大．小紅同學(xué)正確連接好電路，閉合開關(guān)時(shí)記錄了第1組數(shù)據(jù)，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)記錄了第2組數(shù)據(jù)，把滑片移到端點(diǎn)時(shí)，小燈閃亮一下，后熄滅，并記錄了第3組數(shù)據(jù)，如表所示．

物理量 實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓表示數(shù)	電流表示數(shù)	小燈泡亮暗程度
1	1.3V	0.16A	暗
2	2.5V	0.20A	正常發(fā)光
3	4.5V	0A	不發(fā)光

而當(dāng)小莉同學(xué)所選用的小燈泡也正常發(fā)光時(shí)，根據(jù)她所連接的電路，電壓表的示數(shù)如圖3所示，此時(shí)，滑片恰好在滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)上，求此時(shí)滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻值為多少？小莉同學(xué)所選用小燈泡額定功率為多大？

Answer 1

分析 （1）向右移動(dòng)滑片電流變小，電阻增大，離下接線柱變遠(yuǎn)，接左下接線柱；為了保護(hù)電路，連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開；
（2）①根據(jù)表中的額定電壓和額定電流計(jì)算出額定功率；
②0～15V量程已損壞，而燈泡額定電壓為3.8V，超過電壓表的另一量程0～3V；電源電壓是6V，燈泡正常發(fā)光時(shí)，與燈泡串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，小于電壓表量程0～3V，因此可以用電壓表測滑動(dòng)變阻器電壓，以便間接測量燈泡電壓，據(jù)此設(shè)計(jì)電路．
③由表中的最大和最小電壓值、電流值計(jì)算出滑動(dòng)變阻器的范圍；
伏安法測電阻的原理是歐姆定律；根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖．
（3）利用小紅同學(xué)的第3組數(shù)據(jù)判斷出電源電壓，根據(jù)第一次實(shí)驗(yàn)利用串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律求得滑動(dòng)變阻器的最大阻值，求得滑片中點(diǎn)時(shí)接入電路的電阻和電壓，求得滑動(dòng)變阻器電流即燈泡電流，根據(jù)P=UI計(jì)算燈泡額定功率．

解答 解：（1）通過燈泡的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{13Ω}$=0.29A，故電流表的量程為0-0.6A；
滑動(dòng)變阻器的向右移動(dòng)滑片電流變小，電阻增大，離下接線柱變遠(yuǎn)，接左下接線柱；因燈泡的額定電壓為3.8V，故電壓表的量程為0-15V；電壓表和電流表電流都正進(jìn)負(fù)出；實(shí)物電路圖如圖所示：
為了保護(hù)電路，連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開；
（2）①由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，燈泡額定電壓3.8V對應(yīng)的電流為0.3A，燈泡額定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
②電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、燈泡、電流表組成串聯(lián)電路，電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，如圖所示：
當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，電源電壓為6V，要使燈泡電壓為3.8V，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V，把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器的兩端，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，示數(shù)為2.2V時(shí)，燈泡正常工作．
③由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，燈泡電壓為2V時(shí)，電流為0.2A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓：U_滑=U-U₁=6V-2V=4V，和滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{1}}$=$\frac{4V}{0.2A}$=20.0Ω；當(dāng)燈泡電壓為4.5V時(shí)，電流為0.32A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_滑′=U=U2=6V-4.5V=1.5V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為：R_滑′=$\frac{{U}_{{滑}^{′}}}{{I}_{2}}$=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
滑動(dòng)變阻器阻值變化范圍是20.0Ω～4.7Ω．
（3）通過第三次電流為零，電壓為4.5V知電路斷路，電源電壓為4.5V，第一次實(shí)驗(yàn)中滑片處于最大阻值處，閉合開關(guān)得到第一組數(shù)據(jù)，滑動(dòng)變阻器電壓為：U₁=U_總-U_L=4.5V-1.3V=3.2V，
滑動(dòng)變阻器最大阻值為：R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{3.2V}{0.16A}$=20Ω，
小莉同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，使用的滑動(dòng)變阻器相同，滑片恰好在滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)上；
所以滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻：R′=$\frac{1}{2}$R=$\frac{1}{2}$×20Ω=10Ω，
電壓表選擇0～3V量程，分度值0.1V，則電壓為2.3V，
根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各部分電壓之和可得：
變阻器兩端的電壓U′=U-U_L=4.5V-2.3V=2.2V，
根據(jù)串聯(lián)電路電流處處相等，所以燈泡電流為：I_L=I′=$\frac{{U}^{′}}{{R}^{′}}$=$\frac{2.2V}{10Ω}$=0.22A，
所以小莉同學(xué)所選用小燈泡的額定功率為：P_L=U_LI_L=2.3V×0.22A=0.506W．
故答案為：（1）見上圖；斷開；（2）①1.14；②把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器的兩端，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，示數(shù)為2.2V時(shí)，燈泡正常工作；
見上圖；③20.0Ω～4.7Ω；（3）滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻值為10Ω；小莉同學(xué)所選用小燈泡額定功率為0.506W．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)注意問題、連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)操作評(píng)價(jià)、電表讀數(shù)，求電阻、求功率問題；對電表讀數(shù)時(shí)要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)視線要與電表刻度線垂直．