Question

15．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1a所示，圖中電源電壓恒為6V，小燈泡的額定功率為3.8V．

（1）請(qǐng)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)變阻器滑片滑到某個(gè)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)（選填“左”、“右”），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1b所示．則燈泡的額定功率為1.14W．
（4）某實(shí)驗(yàn)小組想不用電流表，而是僅用一個(gè)電壓表測定該小燈泡額定功率，但在原有的實(shí)驗(yàn)器材基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)已知阻值為R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)出現(xiàn)了如圖2所示的兩個(gè)方案，方案設(shè)計(jì)者都認(rèn)為在閉合S₁后，把開關(guān)S打到1，調(diào)滑動(dòng)變阻器使電壓表的讀數(shù)為U_額，再把S打到2，讀出電壓表的讀數(shù)為U，即可求出燈泡的額定功率．
①你認(rèn)為應(yīng)選方案甲（選填“甲”、“乙”、“甲和乙均可”）．
②寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=$\frac{{U}_{額}（U-U額）}{{R}_{0}}$．（用U_額、U、R₀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）根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)原理分析答題．

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，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0.3A，
所以燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
（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．
甲實(shí)驗(yàn)方案：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)為額定電壓U_額．
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=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-{U}_{額}}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=$\frac{{U}_{額}×（U-{U}_{額}）}{{R}_{0}}$；
乙實(shí)驗(yàn)方案：S₁ 閉合，S接1時(shí)，電壓表測燈泡的電壓，當(dāng)S接2時(shí)，電壓表的正負(fù)接線柱接反了，故方案乙不可行．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）左；1.14；（4）甲；$\frac{{{U_額}（U-{U_額}）}}{R_0}$

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物連接、滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)、電表讀數(shù)、求燈泡額定功率、故障分析、電路設(shè)計(jì)等；對(duì)電流表讀數(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．