Question

9．如圖所示是“測量小燈泡的電功率”的實驗，所用小燈泡上標有“3.8V”字樣，滑動變阻器規(guī)格為“20Ω 1A”，電源電壓為6V保持不變．

（1）請在圖甲中用筆畫線代替導線，把電路連接完整（滑片P左移時燈變亮）；
（2）小明連接好電路后，閉合開關，小燈泡不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)．進一步觀察并檢查電路，發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表、導線及其連接均完好．電路可能的故障是燈泡斷路（假設電路只有一處故障）；
（3）故障解決后繼續(xù)實驗，如圖乙所示為某時刻電壓表的讀數(shù)，為了測量小燈泡的電功率，應將滑片向左（選填“左”或“右”）端滑動．燈泡正常發(fā)光時電流表的示數(shù)如圖丙所示，則燈泡的額定功率為1.14W；
（4）完成上述實驗后，小明發(fā)現(xiàn)電壓表已壞，他利用剩余器材和老師又給的一個阻值為R₀的定值電阻、兩個開關S₁、S₂及導線，設計了如圖丁所示的電路，也完成了對小燈泡額定功率的測量．測定額定功率的簡要步驟如下（小燈的額定功率用Ue表示）：
①閉合開關S、S₁，斷開其它開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電流表的示數(shù)為$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$；
②閉合開關S和S₂，斷開其它開關，同時保持滑動變阻器阻值不變（選填“適當調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片”或“保持滑動變阻器的滑片不動”），讀出電流表的示數(shù)為I；
③燈泡額定功率的表達式為：P=U_額（I-$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$）．（用所給和所測物理量的字母表示）

Answer 1

分析 （1）電壓表應與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器應串聯(lián)接入電路中；
（2）電壓表有示數(shù)，說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，從而判斷出故障的可能原因．
（3）由圖示電壓表讀出其示數(shù)，根據(jù)電壓表示數(shù)與燈泡額定電壓的關系確定滑片的移動方向；由圖示電流表讀出其示數(shù)，由P=UI求出燈泡額定功率．
（4）利用已知阻值的電阻R₀和電流表及滑動變阻器，將燈泡兩端的電壓調(diào)至3.8V，再用電流表和電路特點測出通過燈泡的電流，再利用P=UI計算其功率．

解答 解：（1）連接電路是，電壓表應與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器應串聯(lián)接入電路中，滑動變阻器采用一上一下的接法；如圖：
；
（2）連好電路，閉合開關，移動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，說明在電壓表兩接線柱之間的電路是斷路，所以出現(xiàn)故障的原因是燈泡斷路；
（3）電壓表量程為0～15V，由圖乙所示電壓表可知，其分度值為0.5V，示數(shù)為2.5V，小于燈泡額定電壓3.8V，為了測量燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片向左端滑動．
由圖丙所示電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，燈泡的額定功率為P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
（4）①步驟：a、閉合開關S、S₁，調(diào)節(jié)滑片P，使電流表A的示數(shù)為$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$；
②保持滑動變阻器阻值不變，閉合開關S和S₂，斷開開關S₁，讀出電壓表A的示數(shù)為I；
③小燈泡的額定功率表達式：P_額=U_額I_額=U_額（I-$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）如圖；（2）燈泡斷路；（3）左；1.14；（4）①S、S₁；$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$；②S和S₂；保持滑動變阻器阻值不變；③U_額（I-$\frac{{U}_{額}}{{R}_{0}}$）．

點評 本題考查了用滑動變阻器改變小燈泡的亮度的實驗，涉及到了電路的連接、電路故障的判斷；設計電路測量電功率是本題的難點．