Question

4．在測3.8V小燈泡（電阻大約為10Ω左右）額定功率的實驗時，小明連接了如圖甲所示的電路，其中電源電壓為6V．

（1）若在連接電路時，有A（5Ω 1A）、B（10Ω 0.5A）和C（15Ω 0.2A）三個滑動變阻器可供選擇，則應該選擇變阻器B（A/B/C）連入電路，才能保證實驗順利進行．
（2）小明合理地連接好電路，閉合開關，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器燈泡都不亮．小明分析后發(fā)現(xiàn)是燈泡的故障．請你依據(jù)表一中電流表、電壓表示數(shù)出現(xiàn)的幾種情況，幫小明判斷故障原因，并將其填寫在表中對應的空格中．
表一：

電流表	電壓表	燈泡故障原因
示數(shù)不為0	示數(shù)為0	小燈泡短路
示數(shù)為0	示數(shù)不為0	小燈泡斷路

表二：

實驗序號	電壓表 示數(shù)/V	電流表 示數(shù)/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	$P=\frac{{（{1.08+1.52+1.89}）}}{3}=1.50$
2	3.8	0.40	1.52
3	4.5	0.42	1.89

（3）表二為某小組的實驗記錄：
老師認為該小組數(shù)據(jù)處理過程有誤，你認為錯誤之處是：不應該求功率的平均值，正確測量結果P_額=1.52W；本實驗還可以得出小燈泡正常工作時的電阻R為9.5Ω．
（4）在某次實驗時，電壓表出現(xiàn)了故障不能使用，小明向老師借了一只定值電阻R₀（R₀值已知），設計了如圖乙所示的電路，繼續(xù)測量額定電壓為U_額的小燈泡的額定功率．測量時，應先閉合開關S和S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器，當電流表的示數(shù)為$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$時，小燈泡正常工作．接著將S₁斷開、S₂閉合，讀出電流表的示數(shù)為I，則小燈泡的額定功率P_額=U_額（I-$\frac{{U}_{額}}{{I}_{0}}$）（用I、U_額和R₀表示）．

Answer 1

分析 （1）串聯(lián)分壓根據(jù)公式，$\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$可判斷出滑動變阻器．
（2）若燈泡處開路，則電流表無示數(shù)，此時電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，電壓表有示數(shù)，據(jù)此判斷電路故障；若燈泡處短路，則電流表有示數(shù)，此時電壓表的正負接線柱與燈泡并聯(lián)，電壓表無示數(shù)，據(jù)此判斷電路故障；
（3）燈泡的功率隨電壓的增加而增大，求平均值不對；小燈泡額定功率就是在額定電壓下的功率；小燈泡正常工作時的電阻R由正常工作時的電壓和電流由歐姆定律可求；
（4）利用已知電阻和電流表求出Rx的電壓，再由電流表測得Rx的電流，由歐姆定律求出Rx．

解答 解：（1）由題意可知，串聯(lián)分壓根據(jù)公式$\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$，$\frac{3.8V}{6V-3.8V}$=$\frac{10Ω}{{R}_{滑}}$，R_滑=5.78Ω，
小燈泡的額定電流I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8v}{10Ω}$=0.38A，由以上計算結合滑動變阻器A、B、C所給條件可知，只有B符合，故滑動變阻器應選B；
（2）電流表有示數(shù)，此時電壓表的正負接線柱與燈泡并聯(lián)，電壓表無示數(shù)，據(jù)此判斷電路故障為小燈泡短路；電流表無示數(shù)，此時電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，電壓表有示數(shù)，據(jù)此判斷電路故障為小燈泡斷路；
（3）不同電壓的實際功率不同，燈泡的功率隨電壓的增加而增大，求平均值不對；
由P_額=U_額I_額=3.8V×0.40A=1.52w，表格二序號2，即為額定功率；
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.8V}{0.40A}$=9.5Ω；
（4）測量時，應先閉合開關S和S₁，調(diào)節(jié)滑動變阻器，R_L和R₀并聯(lián)，電壓相等，當小燈泡正常工作時有I₀=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$；
接著將S₁斷開、S₂閉合，讀出電流表的示數(shù)為I，此時電流為R_L和R₀電流之和，I_L=I-I₀=I-$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$；
故小燈泡的額定功率P_額=U_額（I-$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）B； （2）小燈泡短路；小燈泡斷路；（3）不應該求功率的平均值、1.52、9.5； （4）$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$、U_額（I-$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$）．

點評 本題測定小燈泡額定功率，考查器材的選擇、操作過程、電功率的計算、常見故障的分析與判斷等知識，應熟練掌握．