Question

3．“測量小燈泡額定功率”的分組實驗的器材有：電壓足夠大的電源、10Ω的定值電阻R₀、額定電壓為12V的小燈泡L（估計其功率約30W左右）、電流表、電壓表、滑動變阻器R、開關(guān)各一個，導(dǎo)線若干．

（1）小明和小強設(shè)計的電路圖均如圖a所示，請用筆畫線代替導(dǎo)線將實物電路b補充完整，當滑片向右移動時，電路中的電流減小．
（3）小明正確連接電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器燈泡都不亮，電流表沒有示數(shù)，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，可以判斷燈泡斷路．
（3）小明排除電路故障后，進行實驗．小燈泡正常發(fā)光時，電流表的指針如圖c所示，則小燈泡的額定功率為
28.8W．
（4）小明調(diào)節(jié)滑動變阻器測出多組數(shù)據(jù)，作出小燈泡的I-U關(guān)系圖象如圖d所示，這個曲線圖象說明
燈絲的電阻隨溫度升高而增大．
（5）另一組的小強在實驗過程中損壞了電流表，但他利用余下的器材，在原電路的基礎(chǔ)上稍作改動完成了實驗，并測出了小燈泡L正常發(fā)光的電阻．小強的設(shè)計方案得到老師的充分肯定，若你就是小強，應(yīng)如何完成這個實驗．）
①請在原電路圖e中畫出小強改動的電路．
②寫出簡要的步驟及需測量的物理量．
③用測量的物理量寫出小燈泡L正常發(fā)光的電阻的表達式．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程，把電壓表并聯(lián)在燈泡兩端即可完成電路連接，根據(jù)I=$\frac{P}{U}$計算出額定電流，確定出電流表的量程，滑動變阻器按一上一下的接，右移電流減小，電阻增大，湖滑動變阻器接左下接線柱．
（2）常見的電路故障有：斷路與短路兩種，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因；
（3）由圖b所示電路圖確定電流表量程，由圖c所示電流表確定電流表分度值，讀出電流表示數(shù)，然后由電功率公式P=UI求出燈泡功率；
（4）由電路圖可知燈絲的電阻隨溫度升高而增大；
（5）電流表損壞，用電壓表測出定值電阻兩端電壓，求出電路電流，然后求出燈泡功率，據(jù)此設(shè)計實驗電路．

解答 解：（1）燈泡額定電壓是12V，電壓表應(yīng)選0～15V量程，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，燈泡的電流為I=$\frac{P}{U}$=$\frac{30W}{12V}$=2.5A，故電流表的量程為0～3A，滑動變阻器按一上一下的接，右移電流減小，電阻增大，湖滑動變阻器接左下接線柱．電路圖如圖甲所示．

（2）如果燈泡斷路，電路斷路，電路電流為零，電流表無示數(shù)，燈泡不亮，電壓表接在電源兩端，電壓表示數(shù)等于電源電壓．
（3）由圖b電路圖可知，電流表量程是0～3A，由圖3所示電流表可知，電流表分度值是0.1A，電流表示數(shù)是2.4A；
燈泡額定功率P=UI=12V×2.4A=28.8W．
（4）U-I圖象不是直線說明電流與電壓不成正比，是因為燈絲的電阻隨溫度升高而增大；
（5）①電路如圖：
②a．如圖接好電路，V表先與L并聯(lián)，并調(diào)節(jié)滑片P使V表為12Vb．不移動滑片P，改V表與R₀并聯(lián)，示數(shù)為U₀
③R_L=12V•R₀/U₀$\frac{12V•{R}_{0}}{{U}_{0}}$．
燈泡與定值電阻、滑動變阻器串聯(lián)，電壓表分別測燈泡電壓、燈泡與定值電阻的串聯(lián)電壓，電路圖如圖乙所示．
故答案為：（1）如上圖；（2）斷路；（3）28.8；（4）燈絲的電阻隨溫度升高而增大；
（5）
①
②a．如圖接好電路，V表先與L并聯(lián)，并調(diào)節(jié)滑片P使V表為12Vb．不移動滑片P，改V表與R₀并聯(lián)，示數(shù)為U₀
③R_L=$\frac{12V•{R}_{0}}{{U}_{0}}$

點評 本題考查了連接電路圖、電路故障分析、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實驗電路設(shè)計等問題，有一定難度；連接電路圖時，注意電壓表量程的選擇；應(yīng)用串聯(lián)電路電流相等的特點、串聯(lián)電路電壓特點是設(shè)計實驗電路圖的關(guān)鍵．