Question

18．在“測(cè)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．圖中電流、電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V”字樣．
（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(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是：小燈泡短路．
（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?yè)p壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電流表測(cè)定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)．于是向老師要了一個(gè)阻值為凡的定值電阻（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(lái)做該實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案．
①在圖c虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟：a．根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路，將滑動(dòng)變阻器的滑片P調(diào)至最大；
b．閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，直至電壓表的示數(shù)達(dá)到3.8V為止；
c．滑動(dòng)變阻器的滑片不動(dòng)，開關(guān)S與b相連，讀出電壓表的示數(shù)U．（用相應(yīng)的字母表示測(cè)出的物理量）
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(cè)量量表示）．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，且按“一上一下”的方式接入電路，
根據(jù)小燈泡的額定電壓選擇電壓表的量程，并將其與小燈泡并聯(lián)，注意正負(fù)接線柱；
（2）電流表沒有示數(shù)，說明電路是斷路，電壓表有示數(shù)，說明與電壓表串聯(lián)的電路是通路．
（3）根據(jù)電路圖判斷滑片的移動(dòng)方向；由圖示電流表讀出其示數(shù)，然后由P=UI求出燈泡功率；
（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(cè)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(cè)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）滑動(dòng)變阻器要按“一上一下”的方式串聯(lián)接入電路，由于滑動(dòng)變阻器的右下接線柱已接入電路，故只需將滑動(dòng)變阻器上面任一接線柱與小燈泡的右接線柱連接，
小燈泡的額定電壓為3.8V＞3V，所以電壓表選擇0～15V的量程，故將電壓表的“15”接線柱與小燈泡的右接線柱連接，如圖所示：

（2）小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說明電路存在斷路；電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的電路出現(xiàn)斷路，即小燈泡斷路．
（3）電壓表示數(shù)為3.0V小于燈泡額定電壓，為測(cè)燈泡額定電壓，由圖a可知，應(yīng)向右移動(dòng)滑片，減小變阻器連入阻值，
以減小變阻器分得電壓，從而使使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V；
由圖a可知，電流表選擇的量程為0～0.6A，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，
則小燈泡額定功率：P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（4））①實(shí)驗(yàn)需要測(cè)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(cè)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)電路圖連接實(shí)物電路，將滑動(dòng)變阻器的滑片P調(diào)至最大；
b、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；
c、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根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)可知，定值電阻R₀兩端的電壓：
U₀=U-U_額=U-3.8V，
根據(jù)串聯(lián)電路電流特點(diǎn)可知，通過小燈泡的電流：
I=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：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）小燈泡斷路；
（3）右；1.52；
（4）①見上圖；
②a．根據(jù)電路圖，連接實(shí)物，將滑動(dòng)變阻器的滑片P調(diào)至最大；
b．閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，直至電壓表的示數(shù)達(dá)到3.8V為止；
c．滑動(dòng)變阻器的滑片不動(dòng)，開關(guān)S與b相連，讀出電壓表的示數(shù)U；
④$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)電路故障分析、實(shí)驗(yàn)操作、電表讀數(shù)、求燈泡功率及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等知識(shí)，對(duì)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；
最后一問的實(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．