Question

20．小明按圖所示電路圖做“測量燈泡的電功率”的實驗．實驗室可提供下列器材：
A．電流表
B．電壓表
C．滑動變阻器R（阻值0～20Ω）
D．電阻為6Ω的待測燈泡L（電阻不隨溫度變化）
E．電源E（電壓4.5V并保持不變）
F．開關(guān)S及導(dǎo)線若干
（1）根據(jù)電路圖和實驗室提供的器材，可判斷出：實驗時通過燈泡的最小電流為0.173A；加在燈泡兩端的最大電壓為4.5V；
（2）若小明所選電壓表的量程為0～3V、電流表的量程為0～0.6A，實驗要求測量時通過燈泡的電流至少為電流表滿刻度的三分之一，則測出的燈泡的功率范圍只能是0.24W-1.5W．
（3）小明按電路圖連接好電路后進行實驗，由于電路中某一處有故障，當閉合開關(guān)時電壓表無示數(shù)，為查出電路故障，小明進一步觀察并檢查電路．當檢查到電源、開關(guān)、電壓表、電流表、導(dǎo)線及其連接都完好時，小明結(jié)合前面的現(xiàn)察，就可判斷出電路的故障：如果小明觀察到電流表無示數(shù)，則故障是滑動變阻器斷路；如果小明觀察到電流表有示數(shù)，則故障是燈泡短路．
（4）排除故障后，小明繼續(xù)進行實驗，在對測量數(shù)據(jù)的記錄和處理時，他設(shè)計了如下表格．你認為這張表格的設(shè)計是錯誤（正確/錯誤）的．

次數(shù)	電壓U/V	電流I/A	電功率P/W	平均值P/W
1
2
3

Answer 1

分析 （1）在電源電壓一定時，滑動變阻器滑片移到右端時，電路電阻最大，電路電流最�。�
當滑動變阻器滑片移到左端時只有燈泡接在電源上，燈泡電壓與電源電壓相等．
（2）當電壓表為滿量程的$\frac{1}{3}$時，電流表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．
如果電流表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電壓表示數(shù)為燈泡的最小電壓，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最小功率，否則不符合要求．
當電流表為滿量程的$\frac{1}{3}$時，電壓表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．
如果電壓表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電流表示數(shù)為燈泡的最小電流，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最小功率，否則不符合要求．
當電壓表為滿量程時，電流表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．
如果電流表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電壓表示數(shù)為燈泡的最大電壓，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最大功率，否則不符合要求．
當電流表為滿量程時，電壓表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．
如果電壓表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電流表示數(shù)為燈泡的最大電流，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最大功率，否則不符合要求．
（3）電壓表無示數(shù)，有三種情況：
一是電壓表并聯(lián)的電路短路，電壓表測導(dǎo)線，電壓示數(shù)為0；
二是電壓表并聯(lián)以外的地方斷路；
三是電路完好，電壓表壞了．
具體是什么地方斷路，由電流表判斷，
經(jīng)檢查，電源、開關(guān)、電壓表、電流表導(dǎo)線完好，連接無問題，問題在燈泡與滑動變阻器上．
（4）燈泡兩端電壓增大，電流增大，功率增大，設(shè)計功率的平均值是錯誤的．

解答 解：（1）當滑片滑到最右端，電路電阻最大為：R=R'+R_L=6Ω+20Ω=26Ω，所以電路最小電流為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{4.5V}{26Ω}$=0.173A．
滑片滑到最左端時，燈泡兩端電壓最大，等于電源電壓，燈泡電壓為4.5V．
（2）當燈泡兩端電壓為1V時（$\frac{1}{3}$量程），燈泡電流為：I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{L}}$=$\frac{1V}{6Ω}$=0.16A＜0.2A（$\frac{1}{3}$量程），不符合題意．
當燈泡中的電流為0.2A時（$\frac{1}{3}$量程），燈泡電流為U₁′=I₁′R_L=0.2A×6Ω=1.2V＞1V（$\frac{1}{3}$量程），符合題意，
所以，0.2A為燈泡的最小電流，
所以燈泡最小功率為：P₁=U₁′I₁′=1.2V×0.2A=0.24W．
當燈泡中的電流為0.6A時（滿量程），燈泡電壓為：U₂′=I₂′R_L=0.6A×6Ω=3.6V＞3V（滿量程），不符合題意．
當燈泡中的電壓為3V時（滿量程），燈泡電流為：I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{3V}{6Ω}$=0.5A＜0.6A（滿量程），所以3V為燈泡的最大電壓，
所以燈泡最大功率為：P₂=U₂I₂=3V×0.5A=1.5W．
（3）經(jīng)檢查，電源、開關(guān)、電壓表、電流表．導(dǎo)線及其連接完好，故障在燈與滑動變阻器上，
電壓表無示數(shù)，電流表無示數(shù)時，電路斷路，電壓表并聯(lián)在以外的滑動變阻器斷路，
電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)時，電路短路，電壓表測導(dǎo)線電壓，燈泡短路．
（4）燈泡電壓增大，電流增大，功率增大，設(shè)計功率的平均值一欄是錯誤的．
故答案為：（1）0.173；4.5；（2）0.24W-1.5W；（3）電流表無示數(shù)；滑動變阻器斷路；電流表有示數(shù)  燈泡短路；（4）錯誤．

點評 對于移動滑片求電路中電流范圍、燈泡電壓變化范圍、燈泡功率范圍的問題，既要照顧到電流表，又要照顧到電壓表．都在要求的范圍內(nèi)．
當電流表合適時，求出電壓表的范圍，當電壓表合適時，求出電流表的范圍，兼顧電壓表和電流表是很難的問題．