Question

5．如圖所示，是測(cè)量小燈泡電功率的實(shí)物元件圖，其中電源是由三只蓄電池組成，小燈泡額定電壓是3.8V，其燈絲電阻約為10Ω，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“10Ω，1A”字樣，電流表（0～0.6A，0～3A），電壓表（0～3V，0～15V）．
（1）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，把右圖中的電路元件連接成實(shí)驗(yàn)電路．
（2）合理地連接好電路，并按正確的順序操作，閉合開關(guān)后燈不亮，猜想：
A．可能燈絲斷了
B．可能是變阻器開路
C．可能是小燈泡短路
請(qǐng)你借助電路中的電流表和電壓表驗(yàn)證小剛的猜想，并填入如表．

電流表示數(shù)/A	電壓表示數(shù)/V	原因
0	6	猜想A成立
0	0	猜想B成立

（3）排除故障后，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，記下各組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制如圖所示的I-U圖象，根據(jù)圖象可知小燈泡的額定功率是1.33W．
（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(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)R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)），和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)如圖實(shí)驗(yàn)方案，正確連接電路后，接下來的實(shí)驗(yàn)步驟是：
①閉合開關(guān)S₁，將S₂撥到觸點(diǎn)1（選填“1”或“2”），移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②再將S₂撥到另一觸點(diǎn)，保持滑片的位置不變，讀出電壓表的示數(shù)U．
寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=$\frac{（U-3.8V）3.8V}{{R}_{0}}$ （用已知量和測(cè)量量表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定值可明確電路原理，選擇合理的接法；
（2）分別對(duì)三種現(xiàn)象進(jìn)行分析，明確所對(duì)應(yīng)的猜想；
（3）根據(jù)圖線可找出額定電壓和電流，則可求得功率；
（4）由P=UI原理可知，需要求得待測(cè)電阻兩端的電壓及通過待測(cè)電阻的電流；沒有電流表時(shí)，可以利用串聯(lián)電路的電流規(guī)律得出通過待測(cè)電阻的電流；由此設(shè)計(jì)電路和實(shí)驗(yàn)步驟．

解答 解：
（1）燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表的量程為0～15V，且與燈泡并聯(lián)；
根據(jù)歐姆定律可得，燈泡的額定電流大約為I′=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，所以電流表的量程為0～0.6A，且與燈泡串聯(lián)；
由于滑動(dòng)變阻器阻值接近燈泡電阻；故滑動(dòng)變阻器采用限流接法；故按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，然后與電源、開關(guān)組成電路，如下圖所示：

（2）A、燈絲斷了，電路斷路，電流表無示數(shù)，電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表測(cè)量電源電壓，電壓表示數(shù)等于電源電壓，為6V，符合第一種現(xiàn)象；
B、變阻器開路，電路斷路，電路無電流，電流表示數(shù)為0，燈泡中無電流，燈泡兩端無電壓，電壓表示數(shù)為0，與第二種現(xiàn)象相符；
C、小燈泡短路，電路電阻減小，電路電流增大，電流表示數(shù)增大，電壓表測(cè)導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0，與題目所示現(xiàn)象不符；
（3）由圖可知，當(dāng)電壓為3.8V時(shí)，電流為0.35A，故功率P=UI=3.8×0.35=1.33W；
（4）由給出的電路圖可知，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，故應(yīng)先使燈泡兩端的電壓為3.8V，故先將開關(guān)接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V；
然后再將開關(guān)接2，讀數(shù)為U，則可知定值電阻兩端電壓為U-3.8V；則由閉合電路歐姆定律可知：電流I=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$； 則功率P=UI=$\frac{（U-3.8V）3.8V}{{R}_{0}}$；
故答案為：（1）實(shí)物電路圖的連接如上圖所示；（2）A；B；（3）1.33；（4）1；3.8；$\frac{（U-3.8V）3.8V}{{R}_{0}}$；

點(diǎn)評(píng) 本題考查測(cè)量燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)的原理和方法，要注意正確分析電路結(jié)構(gòu)，并注意圖象的性質(zhì)，能從圖象中找出額定電壓和電流，正確應(yīng)用圖象分析．