Question

20．小花在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，燈泡上標(biāo)有“3.8V”字樣，電源電壓恒定．

（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖1中的實(shí)物電路連接完整．
（2）連接完實(shí)驗(yàn)電路后，開(kāi)關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮電壓表無(wú)示數(shù)，電流表有示數(shù)，其故障原因可能是：燈泡短路．
（3）工故障排除后，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，在移動(dòng)變阻器滑片的過(guò)程中，眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)，直至燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖2所示，則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小花看到滑動(dòng)變阻器的銘牌模糊不清，于是想測(cè)量滑動(dòng)變阻器的最大電阻R．她找來(lái)一個(gè)已知阻值為R₀的定值電阻替換了燈泡，同時(shí)撤去了電壓表，并利用余下的器材（電壓未知的電源、量程合適的電流表、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)各一個(gè)、導(dǎo)線若干），在不改動(dòng)電流表位置及連線的情況下，很快測(cè)出了R的大小．
①請(qǐng)你把設(shè)計(jì)的電路圖畫(huà)在圖3所示的虛線框內(nèi)．
②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要測(cè)量的物理量并用相應(yīng)的字母表示．
（a）兩個(gè)開(kāi)關(guān)均閉合，記下電流表示數(shù)I₁
（b）只斷開(kāi)S₂，記下電流表的示數(shù)I₂．
③R=$\frac{{{I}_{1}R}_{0}{{-I}_{2}R}_{0}}{{I}_{2}}$（用已知量和測(cè)量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表的量程，電壓表并聯(lián)在燈的兩端，變阻器按一上一下的原則接入電路中；
（2）電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路，燈泡不亮可能是燈斷路或短路；電壓表無(wú)示數(shù)，可判斷出可能的故障為與電壓表并聯(lián)的燈泡短路了；
（3）根據(jù)電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（4）在沒(méi)有電壓表的情況下，電流表和定值電阻R₀應(yīng)起到電壓表的作用．將變阻器最大阻值R_x與定值電阻R₀串聯(lián)在電源兩端，通過(guò)開(kāi)關(guān)閉合，使變阻器短路，記下電流表示數(shù)I₁，根據(jù)歐姆定律則出電源電壓，然后斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，再測(cè)出變阻器最大阻值與定值電阻R₀串聯(lián)的電流I₂，利用歐姆定律計(jì)算出變阻器的最大阻值R_x．

解答 解：（1）燈泡上標(biāo)有“3.8V”字樣，說(shuō)明燈的額定電壓為3.8V，電壓表選用大量程，并聯(lián)在燈的兩端；變阻器接線柱按一上一下的原則與燈串聯(lián)，如下圖4所示：

（2）經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮電壓表無(wú)示數(shù)，電流表有示數(shù)，其故障原因可能是燈泡短路；
（3）由圖1提示，電流表選用小量程，在圖2中，電流表小量程的分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，則燈的額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①在上面分析基礎(chǔ)上，將變阻器與定值電阻串聯(lián)，開(kāi)關(guān)S₂與變阻器并聯(lián)，設(shè)計(jì)的電路 圖下圖5所示：

②（a）兩個(gè)開(kāi)關(guān)均閉合，記下電流表示數(shù)I₁；
（b）只斷開(kāi)S₂，記下電流表的示數(shù)I₂；
③在②（a）中，電阻R_x被短路，根據(jù)歐姆定律，電源電壓U=I₁R₀；
在②（b）中，兩個(gè)電阻串聯(lián)，此時(shí)R₀兩端的電壓U₀=I₂R₀，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，則R_x兩端的電壓U_x=U-U₀=I₁R₀-I₂R₀；
則R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{2}}=\frac{{{I}_{1}R}_{0}{{-I}_{2}R}_{0}}{{I}_{2}}$．
故答案為：（1）如上圖4所示；
（2）燈泡短路；
（3）1.52；
（4）①如上圖5所示；
②（a）兩個(gè)開(kāi)關(guān)均閉合，記下電流表示數(shù)I₁；
（b）只斷開(kāi)S₂，記下電流表的示數(shù)I₂
③$\frac{{{I}_{1}R}_{0}{{-I}_{2}R}_{0}}{{I}_{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及測(cè)燈泡的電功率與測(cè)電阻兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，考查電路的連接、故障的分析、額定功率的計(jì)算及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)電阻的能力，綜合性較強(qiáng)．