Question

20．如圖1所示，是測(cè)量小燈泡電功率的電路，其中電源是由三只新蓄電池組成（U=6V），小燈泡額定電壓是3.8V，其燈絲額定電壓下的電阻約為10Ω，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“10Ω、1A”字樣，電流表（0～0.6A、0～3A），電壓表（0～3V、0～15V）．

（1）請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，把圖1中未連接好的元件連入電路中．（要求：滑片P向左移時(shí)燈變亮，且連線不得交叉）
（2）小剛合理地連接好電路，并按正確的順序操作，閉合開(kāi)關(guān)后發(fā)現(xiàn)故障，觀察電表，記錄了讀數(shù)．聰明的你幫助小剛在下面選出故障原因．

電流表示數(shù) I/A	電壓表示數(shù) U/V	最可能的選項(xiàng)
0	約6	A
0.6	約0	C

A、可能燈絲斷了
B、可能是電流表開(kāi)路
C、可能是小燈泡短路
D、可能是滑動(dòng)變阻器短路
（3）排除故障后，在測(cè)量小燈泡的額定功率時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，小燈泡兩端電壓為
3.8V，燈泡正常發(fā)光．測(cè)得此時(shí)過(guò)燈泡電流0.4A，那么此燈額定功率為1.52W；若小燈泡兩端實(shí)際電壓為額定電壓的1.2 倍，則實(shí)際功率為額定功率的1.44倍．（設(shè)燈泡電阻不變）
（4）實(shí)際測(cè)量過(guò)程中小剛才發(fā)現(xiàn)電壓表0～15V量程已損壞（另一量程完好），但他仍想利用現(xiàn)有器材測(cè)出小燈泡的額定功率，請(qǐng)你幫小剛重新設(shè)計(jì)新的電路圖并畫(huà)在圖2的方框內(nèi)．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程，燈泡、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，注意電壓表正負(fù)接線柱不要接反，滑動(dòng)變阻器應(yīng)接一上一下兩個(gè)接線柱．
（2）常見(jiàn)電路故障有斷路與短路兩種，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因；
（3）當(dāng)燈泡電壓等于額定電壓時(shí)，燈泡正常發(fā)光，然后根據(jù)P=UI求出燈泡額定電功率，由于燈泡電阻不變，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$即可判斷燈泡功率的變化；
（4）可根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)計(jì)算，若滑動(dòng)變阻器與電壓表并聯(lián)時(shí)是否超過(guò)電壓表的3V量程，若不超過(guò)可設(shè)計(jì)電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)的電路來(lái)完成燈泡額定功率的測(cè)量．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，并且要按“一上一下”的方式接入電路，
又因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器滑片P向左移時(shí)燈泡變亮，說(shuō)明此時(shí)電路電阻減小，
所以應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的左下接線柱與燈泡的右接線柱連接；
因?yàn)闊襞蓊~定電壓是3.8V，所以電壓表應(yīng)選0～15V量程，將電壓表與燈泡并聯(lián)即可，電路圖如圖所示：

（2）電流表示數(shù)為零，說(shuō)明電路存在斷路，電壓表示數(shù)為6V等于電源電壓，說(shuō)明電壓表與電源兩極相連，
電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路，故A正確．
電流表示數(shù)為0.6A，說(shuō)明電路是通路，電路不存在斷路，電壓表示數(shù)為零，說(shuō)明電壓表被短路，
即與電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生短路，故C正確．
（3）測(cè)量小燈泡的額定功率時(shí)，應(yīng)先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡兩端電壓達(dá)到額定電壓3.8V，
則小燈泡的額定功率為：P_額=U_額I_額=3.8V×0.4A=1.52W．
若小燈泡兩端實(shí)際電壓為額定電壓的1.2 倍，即：U_實(shí)=1.2U_額，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，燈泡的額定功率：P_額=$\frac{{U}_{額}^{2}}{R}$，
燈泡的實(shí)際功率：
P_實(shí)=$\frac{{U}_{實(shí)}^{2}}{R}$=$\frac{（1.2{U}_{額}）^{2}}{R}$=1.44×$\frac{{U}_{額}^{2}}{R}$=1.44P_額．
（4）三只蓄電池的電壓為6V，當(dāng)燈泡在額定電壓下工作時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)可知：
滑動(dòng)變阻器分擔(dān)的電壓為6V-3.8V=2.2V＜3V，沒(méi)有超過(guò)電壓表的3V量程，
所以把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器的兩端，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為2.2V時(shí)，
燈泡正常發(fā)光，讀出此時(shí)電流表示數(shù)即可計(jì)算出其額定功率．電路圖如下圖所示：

故答案為：（1）見(jiàn)上圖；（2）A；C；（3）3.8；1.52；1.44；（4）見(jiàn)上圖．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了滑動(dòng)變阻器的使用、實(shí)物圖的連接、故障問(wèn)題分析、測(cè)燈泡額定功率的方法等，這些知識(shí)點(diǎn)是伏安法測(cè)功率中最常見(jiàn)的內(nèi)容，一定要掌握．