Question

9．在“測(cè)定小燈泡的額定功率”的實(shí)驗(yàn)課上，實(shí)驗(yàn)老師在每張實(shí)驗(yàn)桌上提供了下列器材：
①待測(cè)小燈泡（額定電流為0.5A，額定功率不超過1.5W）
②電壓表（雙量程0～3V，0～15V）     ③電流表（雙量程0～0.6A，0～3A）
④定值電阻R₁（“15Ω 1A”）         ⑤定值電阻R₂（“30Ω 1A”）
⑥學(xué)生電源電源（0～16V可調(diào)）        ⑦滑動(dòng)變阻器
⑧開關(guān)1只、導(dǎo)線若干

（1）小明選擇了圖甲的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在連接電路時(shí)，他應(yīng)該將開關(guān)處于斷開狀態(tài)．小明在連接滑動(dòng)變阻器、電壓表時(shí)遇到了一些困難，圖中有的導(dǎo)線沒能連接完成，請(qǐng)你根據(jù)表格中的器材信息，用筆畫線代替導(dǎo)線幫他連接完成實(shí)物電路，以便準(zhǔn)確地測(cè)出燈泡的額定功率；
（2）小明準(zhǔn)確連好電路后，先將滑動(dòng)變阻器的滑片滑到最左端（填“右”或“左”），再閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表沒有示數(shù)，而電壓表有示數(shù)，他試著改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置發(fā)現(xiàn)沒有絲毫變化，此時(shí)電路的問題可能是小燈泡斷路；
（3）老師幫小明排除故障后，小明再次閉合開關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)滑片移到某一位置時(shí)兩表的示數(shù)分表如圖乙所示，則此時(shí)燈泡的功率為0.396W；小明想要測(cè)出燈泡的額定功率，但盡管小明已經(jīng)把滑片滑到端點(diǎn)，電流表示數(shù)還是比0.5A要小一點(diǎn)，小明經(jīng)過思考，發(fā)現(xiàn)了出現(xiàn)這種情況的原因并在原有器材的基礎(chǔ)上作出了正確的調(diào)整方案，他正確的操作順序應(yīng)該是：先斷開開關(guān)，再將滑動(dòng)變阻器滑片移至最左端，最后將電源電壓調(diào)大．經(jīng)過調(diào)整，小明終于測(cè)得了小燈泡的額定功率．
（4）小明的同學(xué)小華發(fā)現(xiàn)她的電壓表應(yīng)選的量程檔損壞，而另一量程檔及其它器材都完好．為了能準(zhǔn)確測(cè)定小燈泡的額定功率，她向老師詢問，老師說用沒壞的那個(gè)量程檔也可以準(zhǔn)確地測(cè)定小燈泡的額定功率，但必須讓電壓表的指針指在滿刻度的一半以上．并提示小華只要在實(shí)驗(yàn)桌上剩下沒用到的器材中選用一個(gè)器材，與燈泡適當(dāng)連接后接到原來的電路中就可以完成實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)你根據(jù)老師的提示，選擇一個(gè)合適的器材，并在圖丙的虛線框中畫全小華重新設(shè)計(jì)的電路圖（在圖中標(biāo)出你選的那個(gè)器材的規(guī)格）．小華連接設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，當(dāng)電流表示數(shù)達(dá)到0.5A時(shí)，電壓表示數(shù)如圖丁所示，則她測(cè)得的小燈泡的額定功率是1.25 W．

Answer 1

分析 （1）電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則與小燈泡串聯(lián)，根據(jù)小燈泡的額定電流和額定功率選擇電壓表的量程，注意正負(fù)接線柱的連接；
（2）連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開，閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片滑到最大值處；電流表無示數(shù)，燈不亮，電路可能有斷路，再由電壓表示數(shù)情況分析判斷電路故障的原因；
（3）根據(jù)電表的量程與分度值，讀出電表的示數(shù)，由電功率公式P=UI求出燈泡的功率；小明已經(jīng)把滑片滑到端點(diǎn)，電流表示數(shù)還是比0.5A要小一點(diǎn)，說明電源電壓偏小；
（4）由于燈的電壓不大于3V，而3V的量程損壞后，串聯(lián)一個(gè)定阻電阻后，使用了0-15V的量程，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，由歐姆定律計(jì)算小燈泡的額定電壓；再由電功率公式P=UI求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）在連接電路時(shí)，為保護(hù)電路，應(yīng)將開關(guān)處于斷開狀態(tài)；
小燈泡的額定電壓最大為U=$\frac{P}{I}$=$\frac{1.5W}{0.5A}$=3V，故電壓表的量程應(yīng)選擇0～3V，電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則與小燈泡串聯(lián)，實(shí)物圖連接如下圖所示：

（2）為了保護(hù)電路，連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開，閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片滑到最大值處，即最左端；
電流表無示數(shù)，燈不亮，電路可能有斷路，電壓表有示數(shù)，說明電壓表到電源間是通路，所以故障原因可能是小燈泡斷路造成的；
（3）由上面圖甲可知，電流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.22A，電壓表量程是0～3V，分度值是0.1V，電壓表示數(shù)是1.8V，
所以小燈泡的功率：P=UI=1.8V×0.22A=0.396W．
小明已經(jīng)把滑片滑到端點(diǎn)，電流表示數(shù)還是比0.5A要小一點(diǎn)，說明電源電壓偏小，故他正確的操作順序應(yīng)該是先斷開開關(guān)，再將滑動(dòng)變阻器滑片移至最左端，最后將電源電壓調(diào)大．
（4）由于0-3V的量程損壞，所以電路中電壓表使用的是0-15V的量程，且電壓表的指針指在滿刻度的一半以上（電壓表示數(shù)至少在7.5V以上），燈泡的額定電流為0.5A，
若將定值電阻R₂（“30Ω 1A”）與燈泡串聯(lián)，結(jié)合圖示可知，此時(shí)電壓表測(cè)燈泡和定值電阻的總電壓；
燈泡正常發(fā)光時(shí)，R₂的電壓為U₂=IR₂=0.5A×30Ω=15V，則電壓表所測(cè)電壓將超過電壓表的量程，
故應(yīng)將定值電阻R₁（“15Ω 1A”）與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

由題意可知，電壓表的量程是0-15V，分度值為0.5V，其示數(shù)為10V（即燈泡和定值電阻的總電壓為10V）；
燈泡的額定電流為0.5A，定值電阻R₁兩端的電壓為U₁=IR₁=0.5A×15Ω=7.5V，
則小燈泡的額定電壓為U_額=U-U₁=10V-7.5V=2.5V，
故燈泡的額定功率：P_額=U_額I_額=2.5V×0.5A=1.25W．
故答案為：（1）斷開；如上圖所示；（2）左；小燈泡斷路；（3）0.396；斷開開關(guān)；滑動(dòng)變阻器滑片移至最左端；電源電壓；（4）如上圖所示；1.25．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接電路圖、電流表讀數(shù)、額定功率的計(jì)算、故障分析、電路設(shè)計(jì)等；對(duì)電表讀數(shù)時(shí)，要先確定電流表量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)，視線要與電流表刻度線垂直；連接電路圖時(shí)，要注意電表量程的選擇、滑動(dòng)變阻器的接法．