Question

14．在測量小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中，提供的器材有：額定電壓是3.8V，電阻約為8Ω的小燈泡一個，電源（電壓恒為6V）電流表、電壓表、開關(guān)，“20Ω11A”的滑動變阻器各一個，導(dǎo)線若干．

（1）請根據(jù)圖甲的電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙的實(shí)物電路連接完整．
（2）閉合開關(guān)前，滑片P置于滑動變阻器的B端，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為零，此現(xiàn)象的原因可能是小燈泡短路．
（3）排除故障后，閉合開關(guān)，移動滑片P，當(dāng)電壓表示數(shù)為3.8V時，電流表示數(shù)如圖丙所示，則通過小燈泡的電流是0.5A，燈泡的額定功率是1.9W．
（4）若電壓表0-15V量程損壞，小華設(shè)計如圖丁所示的電路，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)：
①閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片P置于滑動變阻器的位置中間偏左（選填“A端”，“B端”“中間偏左”或“中間偏右”）
②移動滑片P，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時，小燈泡正常發(fā)光．
③若通過小燈泡的實(shí)際電流I₁是額定電流I₀的一半，則小燈泡的實(shí)際功率P₁，跟額定功率P₀的關(guān)系可能是D．
A、P₁=0.5Pa    B、P₁=0.35Pa    C、P₁=0.25Pa    D、P₁=0.15Pa．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖連接實(shí)物，注意電表量程；
（2）為保護(hù)電路閉合開關(guān)前，滑片P置于滑動變阻器最大值處；
在判斷故障時，電表的示數(shù)的變化很關(guān)鍵，若電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源能相通，若無示數(shù)，說明電壓表與電源不能相通，或并聯(lián)部分電路短路；電流表有示數(shù)說明電路是通路，無示數(shù)電路可能斷路．
（3）根據(jù)電流表量程和分度值，讀出電流表示數(shù)；由P=UI計算其額定功率；根據(jù)分壓原理判斷電壓表示數(shù)變化情況；
（4）①已知電源電壓，燈泡額定電壓和電阻，在保證電路安全的情況分析滑片P的位置；
②根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知燈泡正常發(fā)光時電壓表的示數(shù)；
③如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時，燈泡實(shí)際功率等于額定功率的四分之一，實(shí)際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時的電阻，則燈泡實(shí)際功率小于額定功率的四分之一．

解答 解：
（1）由圖電壓表測燈泡兩端電壓，小燈泡額定電壓是3.8V，所以電壓表應(yīng)使用0-15V量程．如圖所示：

（2）為保護(hù)電路閉合開關(guān)前，滑片P置于滑動變阻器最大值處，由圖滑片乙，P應(yīng)置于B端；
電流表有示數(shù)，說明電路是通路，燈泡不亮，電壓表示數(shù)為零，則可能是燈泡被短路了；
（3）由圖乙電流表使用的是0-0.6A量程，分度值為0.02A，由丙圖可知電流表示數(shù)為0.5A；
此時燈光正常發(fā)光，燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.5A=1.9W；
向左移動滑片P，滑動變阻器連入阻值變小，分壓減小，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)，燈泡兩端電壓增大，即電壓表示數(shù)增大；
（4）①燈泡正常發(fā)時，U_L=3.8V，通過燈泡電阻約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{8Ω}$=0.475A，
此時滑動變阻器連入阻值：R=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.475A}$≈4.7Ω，
已知電源電壓為6V，由丁圖，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，使用0-15V量程，所以電壓表不會超過量程，在閉合開關(guān)前，應(yīng)使電燈電壓低于3.8V，變阻器的最大值為20Ω，為使電路安全且實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)方便，只需要將滑片P置于略小于其最大值一半的位置就可以了，即P置于中間偏左的位置；
②燈泡正常發(fā)光時，U_R=U-U_L=6V-3.8V=2.2V；
如果燈泡電阻不隨溫度變化；由P=I²R得，實(shí)際電流等于額定電流一半時，實(shí)際功率P₁=$\frac{1}{4}$P_額，而實(shí)際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實(shí)際電流為其額定電流一半時，它的實(shí)際功率P₁＜$\frac{1}{4}$P_額，故選D．
故答案為：（1）見上圖；（2）B；小燈泡短路；（3）0.5；1.9；（4）①中間偏左；②2.2；D．

點(diǎn)評 本題考查了實(shí)物圖連接、實(shí)驗(yàn)操作、功率計算和電路故障的判斷等．要熟練運(yùn)用串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律公式，對電表讀數(shù)時，要注意先確定電表的量程與分度值，讀數(shù)時，視線要與電表刻度線垂直．