Question

6．為了測小燈泡的額定功率，被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源（電壓約為6V左右）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，滑動變阻器兩只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）．
（1）請你說出在這個實驗中，滑動變阻器所起作用是：
①保護電路 和調(diào)節(jié)燈泡兩端電壓使之達到額定電壓；
②本實驗中滑動變阻器應(yīng)選用R₂（選填“R₁”或“R₂”）．
（2）實驗電路接好后，合上開關(guān)時，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下列情況，請根據(jù)現(xiàn)象指出故障的可能原因：
①連接好電路，閉合開關(guān)后，看到電壓表指針如圖甲偏轉(zhuǎn)：電壓表量程選小了．
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)．取下燈泡，兩表的示數(shù)不變：燈泡處發(fā)生斷路．
（3）排除故障后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)電壓表的0～15V量程已壞，為了測小燈泡的額定功率，姚勝小組設(shè)計了另一種實驗方案．（電阻R的阻值已知，電源電壓未知）
①電路如圖乙所示，連接好電路；
②開關(guān)S拔到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開關(guān)S拔到位置2，滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂．
先算出燈泡的電阻和R兩端電壓，再根據(jù)P₀=$\frac{{U}_{0}^{2}}{{R}_{L}}$，計算燈泡的額定功率．他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與真實值相差較大，分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測出燈泡額定功率只需將上述步驟①（填序號）改為開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P使電流表示數(shù)I₁=$\frac{3.8V}{R}$；燈泡額定功率的表達式為P_額=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗?zāi)康姆治鲎冏杵鞯淖饔茫桓鶕?jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算燈泡正常工作時變阻器連入阻值，從而選擇變阻器規(guī)格；
（2）①由圖甲分析故障原因；②燈泡不亮可能是燈泡短路或燈泡斷路或燈泡以外的電路斷路；取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以確定故障原因；
（3）由電路圖可知，實驗用了等效替代法求燈的電阻，但因原操作中，沒有使燈正常發(fā)光，所以求出的電阻不等于正常發(fā)光時的電阻，由此分析解答．

解答 解：（1）滑動變阻器所起作用：
①閉合開關(guān)前，為防止電路中電流過大，損壞電路元件，應(yīng)將變阻器的滑片滑到最大值處；②為測定小燈泡的額定功率，應(yīng)調(diào)節(jié)滑片使燈泡兩端電壓達到額定電壓3.8V；
燈泡正常發(fā)光時電壓3.8V，電流約為I=$\frac{U}{R}=\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，此時變阻器連入電路中的電阻R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{6V-3.8V}{0.38A}$=5.8Ω，所以應(yīng)選擇10Ω 0.5A的滑動變阻器；
（2）①由圖甲可知，電壓表指針偏轉(zhuǎn)到了最大值了，所以原因是電壓表使用了0-3V量程，應(yīng)使用0-15V量程；
②燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，把燈泡取下，兩表的示數(shù)不變，所以燈泡斷路；
（3）因為燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中移動滑片P至任一位置所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等，所以，根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實值相差較大；
針對上述分析中存在的問題．要準(zhǔn)確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟②改為：開關(guān)S拔到位置1，移動滑片P直到電流表示數(shù)為I₁$\frac{{U}_{0}}{R}=\frac{3.8V}{R}$為止（此時燈一定正常發(fā)光），讀出電流表示數(shù)I₁；
所以燈泡的額定功率為P_額=U_額I=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）
故答案為：
（1）保護電路和調(diào)節(jié)燈泡兩端電壓使之達到額定電壓；R₂；
（2）①電壓表量程選小了；②燈泡處發(fā)生斷路；
（3）①；開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P使電流表示數(shù)I₁=$\frac{3.8V}{R}$；P_額=U_額I=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）

點評 本題測小燈泡的額定功率，考查器材的選擇、操作的過程、常見故障的分析與判斷及對實驗方案的評估能力和發(fā)現(xiàn)問題嘗試改進實驗方案的能力．