Question

7．如圖所示在測定小燈泡額定功率的實驗中 （所用燈泡的額定電壓U₀=3.8V）．
（1）小組1采用圖a所示的方案，還可以測量小燈泡的電阻；
測量時發(fā)現(xiàn)閉合開關后，無淪怎樣移動滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0A，電壓表示數(shù)約為6V，
則電路中出現(xiàn)的故障可能是：燈泡斷路；排除故障后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，直到電壓表的示數(shù)為3.8V，此時電流表示數(shù)如圖b所示，則小燈泡的額定功率為1.14W：
（2）小組2設計了另一種實驗方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）：
實驗步驟：①電路如圖c所示，清你按電路幽在圖d中用筆畫線連好電路；②開關S撥到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；③開關S撥到位置2，滑片P位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂．
數(shù)據(jù)處理：先算出了燈泡的電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$． （請你用所測的物理量表示），再根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，計算出燈
的額定功率．他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與真實值相差較大，原因是：燈絲的電阻隨電壓（溫度）的增大而增大．仔細分析后，他們認為要準確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟②改為移動滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)測量燈的電阻的原理作答；
無論怎樣移動滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0A，說明電路斷路；電壓表示數(shù)約為6V，說明電壓表與電源兩極連通，則與電壓表并聯(lián)的燈泡之外的電路為通路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
確定電流表的量程、最小分度值，然后讀出電流表示數(shù)，由P=UI求出燈泡的額定功率；
（2）①由電路圖c可知，當開關S撥到位置1時，定值電阻與電流表串聯(lián)后再與燈并聯(lián)；當開關S撥到位置2時，定值電阻與燈先并聯(lián)后再與電流表串聯(lián)，據(jù)此連接；
③根據(jù)開關S拔到位置1和開關S拔到位置2時，電路中三個用元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，用電器的電壓不變，根據(jù)并聯(lián)電路電壓和電流規(guī)律，由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，由③得燈泡電流I=I₂-I₁，然后根據(jù)歐姆定律可求燈泡電阻；
燈泡的額定功率只有燈泡在額定電壓下發(fā)光時的功率為額定功率；燈絲的電阻隨電壓（溫度）的改變而改變．

解答 解：（1）測量燈的電阻的原理R=$\frac{U}{I}$，所以，小組1采用圖a所示的方案，還可以測量小燈泡的電阻大小；
經(jīng)分析，閉合開關后，無淪怎樣移動滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0A，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能是燈泡斷路而導致電壓表串聯(lián)在電路中了；
由圖知：電流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.3A，
燈泡額定功率P=U₀I=3.8V×0.3A=1.14W；
（2）①由上面的分析，將接線柱1與電流表負接線柱連接，再將單刀雙擲開關的軸與燈的左接線柱連接，如下圖所示：

③由②可知，根據(jù)歐姆定律，R的電壓U=I₁R，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈的電壓也為U=I₁R；而開關S由位置1拔到位置2時（滑片位置不動），電路中三個元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，各用電器的電壓不變，所以通過電阻R的電流大小保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，此時通過燈的電流I=I₂-I₁；則燈泡電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$．
③通過燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI，燈絲的溫度升高，而燈絲的電阻會隨溫度升高而變大；當燈泡兩端電壓不等于其額定電壓時，求出的電阻R_L就不等于其正常發(fā)光時電阻R_額，從而求出的功率$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$≠$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{額}}$就不是額定功率；
所以要想求燈泡額定功率，就必須讓燈泡兩端電壓等于額定電壓，即將開關S拔到位置1，移動滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$，此時電阻的電壓為U₀，燈的電壓為額定電壓U₀，燈正常發(fā)光即可．
故答案為：（1）電阻；燈泡斷路；1.14；
（2）①如上圖所示；③$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$，燈絲的電阻隨電壓（溫度）的增大而增大；移動滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

點評 本題測定小燈泡額定功率，考查實驗原理、故障的分析、影響電阻大小的因素及對實驗方案的評估能力并嘗試提出改進實驗方案的能力，綜合性強，難度大，對能力要求高．