Question

10．在測定小燈泡額定功率的實驗中 （所用燈泡的額定電壓U₀=3.8V）．

（1）小明實驗小組采用圖甲的方案，閉合開關后，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)的故障可能是小燈泡斷路；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)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為1.14W．
（2）小紅實驗小組設計了另一種實驗方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）．①電路如圖丙所示，小紅按電路圖連接好電路；②開關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S拔到位置2，滑片位置不動（選填“向右移”、“向左移”或“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)實驗結(jié)果與真實值相差較大，原因是燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等，所以根據(jù)P₀₌$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實值相差較大．仔細分析后，他們認為要準確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為：開關S拔到位置1，移動滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．

Answer 1

分析 （1）燈泡不亮，可能是由電路斷路或燈泡短路造成的，根據(jù)故障現(xiàn)象分析電路故障原因；由圖示電流表確定電流表量程與分度值，讀出電流表示數(shù)，然后由P=UI求出燈泡額定功率．
（2）a、小紅小組想使用等效替代法，根據(jù)等效替代法分析答題；b、開關撥到2時，應保持滑片位置不動；
c、由歐姆定律求出燈泡兩端的電壓，由串聯(lián)電路的特點求出流過燈泡的電流，最后由歐姆定律求出燈泡的電阻；
d、燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等，所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實值相差較大；
e、為準確測出燈泡功率，只需在步驟②中進行如下操作即可：開關S拔到位置1，移動滑片P直到燈泡正常發(fā)光為止，讀出電流表示數(shù)I₁．）

解答 解：（1）燈泡斷路，或燈泡短路，或燈泡電路之外電路斷路時，燈泡不亮；
電流表示數(shù)為0，說明電路存在斷路；電壓表有示數(shù)，說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，綜合分析可知，與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路．
由圖乙所示的電流表可知，電流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.3A，
燈泡額定功率：
P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
（2）（2）③a、開關S拔到位置2，滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂．
b、開關在位置1時，燈泡與電阻并聯(lián)，燈泡兩端的電壓U_L=U_R=I₁R，
開關打到2位置時，由并聯(lián)電路特點知：流過燈泡的電流I_燈=I₂-I₁，
則燈泡電阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
c、因為燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等，
所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實值相差較大；
d、要準確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為：
開關S拔到位置1，移動滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．
故答案為：（1）小燈泡斷路；1.14；（2）不動；$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等，所以根據(jù)P₀₌$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實值相差較大；開關S拔到位置1，移動滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．

點評 本題考查了電路故障分析、歐姆定律的應用、并聯(lián)電路的特點、實驗操作設計，本題第（2）小題應用了等效替代法，第（2）小題有一定的難度，解題是時要注意認真分析．