Question

7．在“測量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，已連接的部分電路如圖a所示，圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V“字樣．
（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)物電路連接完整．
（2）正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，其故障原因可能是燈泡斷路．
（3）故障排除后開始實(shí)驗(yàn)，當(dāng)變阻器滑片滑到圖示位置時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.0V，接著應(yīng)將滑片向右滑動(dòng)，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表損壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電流表測定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)，于是向老師要了一個(gè)R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)），和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)（符號(hào)為（），借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)，假如由你來做實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案．
①在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
②簡述實(shí)驗(yàn)步驟．a(chǎn)、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U（用相應(yīng)的字母表示測出得出物理量）
③寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理連接實(shí)物電路圖，注意電表量程和變阻器的接法．
（2）電壓表有示數(shù)，說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，據(jù)此分析故障的可能原因．
（3）在額定電壓下燈泡的功率為額定功率，根據(jù)題意與電路圖判斷滑片的移動(dòng)方向；由圖示電表確定其分度值，讀出其示數(shù)，然后由P=UI求出燈泡額額定功率．
（4）實(shí)驗(yàn)器材中沒有電流表，只有電壓表和定值電阻，可根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)設(shè)計(jì)電路，即燈泡與定值電阻、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)組成電路，利用電壓表分別測出燈泡和定值電阻兩端電壓以及燈泡兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓，然后測出定值電阻和燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流的特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，利用P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）測燈泡功率實(shí)驗(yàn)，電壓表測燈泡兩端電壓，燈泡額定電壓3.8V，所以電壓表應(yīng)使用0-15V量程，變阻器一上一下接入電路，實(shí)物電路圖如圖所示：

（2）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明某處發(fā)生了斷路，電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的燈泡出現(xiàn)了斷路．
（3）電壓表示數(shù)為3V，小于燈泡額定電壓，為測燈泡額定電壓，由電路圖根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，應(yīng)向右移動(dòng)滑片，減小滑動(dòng)變阻器連入電路中的阻值，從而減小滑動(dòng)變阻器分擔(dān)的電壓，增大燈泡兩端的電壓，使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V；
由電路圖可知，電流表量程為0～0.6A，由圖示電流表可知，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，
所以燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①實(shí)驗(yàn)需要測出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，可以把燈泡與定值電阻串聯(lián)，測出定值電阻兩端電壓，由歐姆定律求出通過定值電阻的電流，由于燈泡與定值電阻串聯(lián)，可以求出通過燈泡的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示：

②實(shí)驗(yàn)步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{{R}_{0}}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）右；1.52；（4）①如上圖；②a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評 本題考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)操作、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等；對電表讀數(shù)時(shí)要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)視線要與電表刻度線垂直；最后一問：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是本題的難點(diǎn)，知道實(shí)驗(yàn)原理、應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律即可正確解題．