Question

3．物理興趣活動課上，老師讓同學(xué)們測一個已知額定電壓為 3.8V 的小燈泡的額定功率．老師提供的器材如下：電源（電壓恒為 6V）；一塊電壓表（量程 0-3V，分度值 0.1V；量程 0-15V，分度值 0.5V）；一個滑動變阻器，一個已知阻值的定值電阻 R₀（R₀ 的阻值小于該燈泡的電阻）；三個開關(guān)及若干導(dǎo)線．請你利用上述器材，幫助同學(xué)們設(shè)計一個實驗，較精確地測出小燈泡的額定功率．要求：（電路不可重組） 
（1）在虛線框內(nèi)畫出你設(shè)計的實驗電路圖； 
（2）根據(jù)你設(shè)計的電路，寫出主要實驗步驟及需測量的物理量； 寫出燈泡額定功率的數(shù)學(xué)表達式．（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 電源電壓是6V，燈泡額定電壓是3.8V，要想精確測出小燈泡的額定功率，應(yīng)選用電壓表的小量程；燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器和定值電阻兩端電壓是6V-3.8V=2.2V＜3V，電壓表可以用0～3V量程，所以首先使燈泡、定值電阻、滑動變阻器與電源、開關(guān)用導(dǎo)線組成串聯(lián)電路，并且電壓表與滑動變阻器、定值電阻并聯(lián)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為2.2V，燈泡兩端電壓即為額定電壓；然后將電壓表與定值電阻并聯(lián)，得到定值電阻兩端電壓，根據(jù)定值電阻兩端電壓和電阻阻值得到電路電流；最后由電功率公式P=UI求出燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）要想精確測出小燈泡的額定功率，應(yīng)選用電壓表的小量程，燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器和定值電阻兩端電壓是6V-3.8V=2.2V＜3V，電壓表可以用0～3V量程，把電壓表并聯(lián)到滑動變阻器和定值電阻兩端，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時，小燈泡正常發(fā)光；該電路為串聯(lián)電路，則通過定值電阻的電流為通過燈泡的電流，故還需要用開關(guān)的通斷來測出定值電阻兩端的電壓，從而求出電流，如圖：
；
（2）實驗過程：①按照圖連接電路，閉合開關(guān)S₂，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為2.2V；
②斷開S₂，閉合S₁，滑片位置不變，記下電壓表示數(shù)U₂．
（3）燈泡兩端電壓為U_額=6V-2.2V=3.8V；
電路電流為I=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}$；
燈泡的額定功率為P_額=U_額I=3.8V×$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}$．
故答案為：見解析．

點評 根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，設(shè)計實驗電路對學(xué)生來說有一定的難度，知道實驗原理、所給器材是正確設(shè)計實驗電路圖的前提與關(guān)鍵