Question

10．在“測量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，已連接的部分電路如圖a所示．圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V”字樣．
（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)物電路連接完整．
（2）正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開關(guān)試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是：小燈泡斷路．
（3）故障排除后開始實(shí)驗(yàn)，當(dāng)變阻器滑片滑到圖示位置時，電壓表的示數(shù)為3.0V．接著應(yīng)將滑片向右滑動，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52 W．．

（4）實(shí)驗(yàn)時某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表損壞，他們想設(shè)計一個不用電流表測定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)．于是向老師要了一個已知阻值為R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個單刀雙擲開關(guān)，借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)．同學(xué)們設(shè)計的電路如圖c：
①請你簡述實(shí)驗(yàn)步驟：
a．按圖連接電路，閉合S₁，S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為U₁=3.8V．
b．保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U₂．
②若先后兩次電壓表示數(shù)分別為U₁、U₂，寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P _額=$\frac{3.8V×{（U}_{2}-{U}_{1}）}{{R}_{0}}$． （用已知量和測得的量表示）．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器串聯(lián)在電路中，且按“一上一下”的方式接入電路，
根據(jù)小燈泡的額定電壓選擇電壓表的量程，并將其與小燈泡并聯(lián)，注意正負(fù)接線柱；
（2）電流表沒有示數(shù)，說明電路是斷路，電壓表有示數(shù)，說明與電壓表串聯(lián)的電路是通路．
（3）根據(jù)電路圖判斷滑片的移動方向；由圖示電流表讀出其示數(shù)，然后由P=UI求出燈泡功率；
（4）實(shí)驗(yàn)器材中沒有電流表，只有電壓表和定值電阻，可根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)設(shè)計電路，即燈泡與定值電阻、滑動變阻器串聯(lián)組成電路，
利用電壓表分別測出燈泡和定值電阻兩端電壓以及燈泡兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器使燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓，然后測出定值電阻和燈泡兩端的電壓，
根據(jù)串聯(lián)電路的電流的特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，利用P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）滑動變阻器要按“一上一下”的方式串聯(lián)接入電路，由于滑動變阻器的右下接線柱已接入電路，故只需將滑動變阻器上面任一接線柱與小燈泡的右接線柱連接，
小燈泡的額定電壓為3.8V＞3V，所以電壓表選擇0～15V的量程，故將電壓表的“15”接線柱與小燈泡的右接線柱連接，如圖所示：

（2）小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路存在斷路；電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的電路出現(xiàn)斷路，即小燈泡斷路．
（3）電壓表示數(shù)為3.0V小于燈泡額定電壓，為使燈泡的電壓等于額定電壓，由圖a可知，應(yīng)向右移動滑片，減小變阻器連入阻值，以減小變阻器分得電壓，從而使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V；
由圖a可知，電流表選擇的量程為0～0.6A，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，
則小燈泡額定功率：P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（4）①實(shí)驗(yàn)需要測出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，可以把燈泡與定值電阻串聯(lián)，調(diào)節(jié)滑動變阻器使燈泡正常發(fā)光，再間接測出定值電阻兩端電壓，由歐姆定律求出通過定值電阻的電流，由于燈泡與定值電阻串聯(lián)，可以求出通過燈泡的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率
實(shí)驗(yàn)步驟：a、閉合開關(guān)S₁，S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為U₁=3.8V；
b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U₂．
②根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)可知，定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U₂-U₁，
根據(jù)串聯(lián)電路電流特點(diǎn)可知，小燈泡正常發(fā)光時的電流：
I=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：P=U_額I=3.8V×$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×{（U}_{2}-{U}_{1}）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見上圖；
（2）小燈泡斷路；
（3）右；1.52；
（4）①a、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為U₁=3.8V；
b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U₂；
②$\frac{3.8V×{（U}_{2}-{U}_{1}）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評 本題考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)電路故障分析、實(shí)驗(yàn)操作、電表讀數(shù)、求燈泡功率及實(shí)驗(yàn)設(shè)計等知識，對電表讀數(shù)時要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時視線要與電表刻度線垂直；
最后一問的實(shí)驗(yàn)設(shè)計是本題的難點(diǎn)，知道實(shí)驗(yàn)原理、應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律即可正確解題．