Question

3．在測(cè)3.8V小燈泡（電阻大約為10Ω左右）額定功率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明連接了如圖1所示的電路，其中電源電壓為6V．

（1）請(qǐng)將實(shí)物電路連接完整（要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈變亮）．
（2）若在連接電路時(shí)，有A（5Ω 1A）、B（10Ω 0.5A）和C（15Ω 0.2A）三個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇，則應(yīng)該選擇變阻器B（A/B/C）連入電路，才能保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行．
（3）下表為某小組的實(shí)驗(yàn)記錄：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	實(shí)際功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P額=$\frac{1.08+1.52+1.89}{3}$=1.50
2	3.8	0.40	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老師認(rèn)為該小組數(shù)據(jù)處理過程有誤，你的評(píng)價(jià)是老師的說法正確，當(dāng)燈泡兩端電壓等于額定電壓，實(shí)際功率等于額定功率，實(shí)際電壓不同，實(shí)際功率不同，不能通過求平均值計(jì)算額定功率；
（4）若沒有電流表，小莉想利用一個(gè)電壓表和一個(gè)電阻箱測(cè)量小燈泡的額定功率．她選擇了滿足實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)驗(yàn)器材，并按照?qǐng)D2所示的電路圖連接好實(shí)物．以下是她設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，請(qǐng)將它補(bǔ)充完整：
①只閉合開關(guān)S₁，移動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為3.8V；
②下一步操作是：保持滑片不動(dòng)，只閉合開關(guān)S₂，當(dāng)電壓表示數(shù)為3.8V時(shí)，讀出電阻箱連入電路的阻值R₀；
③利用上述測(cè)量出的物理量及已知量，寫出小燈泡額定功率的表達(dá)式是：P=$\frac{（3.8V）^{2}}{{R}_{0}}$．
（5）小剛還想測(cè)量一只額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω小燈泡的額定功率，為此他將圖2中的“3.8V”的小燈泡換成“2.5V”的小燈泡繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，小明認(rèn)為他不能測(cè)出該小燈泡的額定功率，理由是滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，不能調(diào)到額定電壓2.5V．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈變亮，確定滑動(dòng)變阻器連線，燈泡額定電壓確定電壓表量程．
（2）根據(jù)燈泡額定電壓、電阻，由I=$\frac{U}{R}$估算通過燈泡電流，根據(jù)電源電壓，確定滑動(dòng)變阻器分得最小電壓，由R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$，確定滑動(dòng)變阻器選擇．
（3）理解額定功率，燈泡兩端電壓等于額定電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的實(shí)際功率等于額定功率，實(shí)際電壓不同，實(shí)際功率不同．
（4）根據(jù)電路中沒有電流表，不能直接測(cè)量小燈泡電功率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案部分文字同時(shí)結(jié)合電功率計(jì)算公式，確定由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計(jì)算電功率，確定實(shí)驗(yàn)方案．
（5）根據(jù)燈泡額定電壓、電阻，由I=$\frac{U}{R}$估算通過燈泡電流，根據(jù)電源電壓，確定滑動(dòng)變阻器最小電阻值．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈變亮，電流變大，滑動(dòng)變阻器電阻變小，應(yīng)接B下接線柱，燈泡額定電壓3.8V，電壓表選擇0-15V量程，如圖所示．

（2）燈泡兩端額定電壓U_L=3.8V，燈泡的電阻R_L=10Ω，由I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=0.38A，根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和可得：U_滑=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器最小電阻；
由I=$\frac{U}{R}$得：R_滑最小=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$=5.79Ω，則滑動(dòng)變阻器允許通過最大電流大于0.38A，最大阻值大于5.79Ω，故選擇B（10Ω 0.5A）．
（3）燈泡兩端電壓等于額定電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)的實(shí)際功率等于額定功率，實(shí)際電壓不同，實(shí)際功率不同，所以不能通過多次求平均值計(jì)算額定功率．
（4）根據(jù)電路圖和方案中的提示文字可知，這是利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$來測(cè)量小燈泡額定功率，
具體的步驟為：
①只閉合S₁，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為3.8V；
②保持滑片不動(dòng)，只閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱，使電壓表示數(shù)為3.8V，
根據(jù)串聯(lián)分壓規(guī)律可知，當(dāng)電壓表示數(shù)均為3.8V時(shí)，電阻箱的電阻等于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，小燈泡額定功率的表達(dá)式P=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{{U}^{2}}{{R}_{0}}$=$\frac{（3.8V）^{2}}{{R}_{0}}$．
（5）根據(jù)燈泡額定電壓U=2.5V，電阻R=10Ω，由I_燈=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
根據(jù)串聯(lián)電路的總電壓等于各電阻兩端的電壓之和可得：
U_滑=U-U_燈=6V-2.5=3.5V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器最小電阻，由I=$\frac{U}{R}$得：
R_滑最小=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
由于滑動(dòng)變阻器最大阻值10Ω，故滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，不能調(diào)到額定電壓2.5V．
故答案為：（1）如圖所示；（2）B；（3）老師的說法正確，當(dāng)燈泡兩端電壓等于額定電壓，實(shí)際功率等于額定功率，實(shí)際電壓不同，實(shí)際功率不同，不能通過求平均值計(jì)算額定功率；（4）①S₁；②保持滑片不動(dòng)，只閉合開關(guān)S₂；③$\frac{（3.8V）^{2}}{{R}_{0}}$；（5）滑動(dòng)變阻器最大阻值太小，不能調(diào)到額定電壓2.5V．

點(diǎn)評(píng) 此題考查了電路連接、滑動(dòng)變阻器的選擇、額定功率的理解、電路設(shè)計(jì)，是電功率的一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)題，難度比較大．