Question

12．在測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a的方案，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片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)的故障可能是燈絲斷路；排除故障后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，直到電壓表的示數(shù)為3.8V，觀察到電流表示數(shù)如圖b所示，則小燈泡的額定功率為1.14W．
（2）姚遠(yuǎn)小組設(shè)計了另一種實(shí)驗(yàn)方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）．

①根據(jù)電路如圖c所示，連接好實(shí)物圖d；
②開關(guān)S拔到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開關(guān)S拔到位置2，滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂，先算出燈泡的電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；（請你用所測的物理量表示），再根據(jù)，P₀=$\frac{{U}_{0}^{2}}{{R}_{L}}$計算燈泡的額定功率．
他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，
原因是燈泡未在額定電壓下發(fā)光，燈絲的溫度變化導(dǎo)致燈絲的電阻變化．仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．．

Answer 1

分析 （1）電壓表的示數(shù)為6V，說明電壓表接在電源兩端，而燈泡不亮，故燈泡斷路；根據(jù)P_額=U_額I_額可求出燈泡的額定功率；
（2）根據(jù)電路圖連接實(shí)物圖時，應(yīng)根據(jù)電路路徑一條一條支路連接且要注意一一對應(yīng)；根據(jù)開關(guān)S撥到位置1和開關(guān)S撥到位置2時，電路中三個電阻的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，由③得燈泡電流I=I₂-I₁，然后根據(jù)歐姆定律可求燈泡電阻．

解答 解：（1）電壓表的示數(shù)為6V，電壓表接在電源兩端，說明電路故障可能為燈泡斷路或滑動變阻器連入電路的阻值為0Ω，燈泡不亮且電流表無示數(shù)，所以電路故障應(yīng)為燈泡斷路．因?yàn)殡妷罕淼氖緮?shù)為3.8V，所以燈泡正常發(fā)光，而電流表示數(shù)I=0.3A，故燈泡額定功率P_額=U_額I_額=3.8V×0.3A=1.14W．    
（2）①由圖b可知，電流表的量程為0-0.6A，應(yīng)串聯(lián)接入電路中，如圖所示：

②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，而開關(guān)S由位置1撥到位置2時，電路中三個電阻的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，所以此時燈泡兩端電壓仍然為I₁R，L與R并聯(lián)，則燈泡電流I=I₂-I₁，由歐姆定律得燈泡電阻：R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．
③由于電流的熱效應(yīng)，當(dāng)燈泡發(fā)光時，燈絲的電阻會隨溫度升高而變大，所以當(dāng)燈泡兩端電壓不等于其額定電壓時，求出的電阻就不等于其正常發(fā)光時電阻，從而求出的功率就不是額定功率；所以要想求燈泡額定功率，就必須讓燈泡兩端電壓等于額定電壓．要準(zhǔn)確測出燈泡的額定功率，必須讓燈泡在額定電壓工作，當(dāng)電路中的電流為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$時，燈泡兩端的電壓為U₀，燈泡正常發(fā)光．
故答案為：（1）燈絲斷路；1.14；（2）①如上圖；②$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；燈泡未在額定電壓下發(fā)光，燈絲的溫度變化導(dǎo)致燈絲的電阻變化；開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

點(diǎn)評 本題考查了學(xué)生對額定功率的理解，利用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求額定電功率時，必須要注意R是否改變，若R是變化的，則該公式不可用．抓住只有當(dāng)用電器兩端的電壓等于額定電壓時，測出的功率才是額定功率是解題的關(guān)鍵．