Question

6．在測“小燈泡的額定功率”的實驗中，提供的器材有被測小燈泡（額定電壓為3.7V，額定功率為0.8W）、學生電源（電壓值為6V）、電流表、電壓表各一個（為實驗室電表）、開關、導線若干、滑動變阻器規(guī)格為“40Ω、1A”，設計的測量電路如圖1所示，完成下面問題：
（1）按正常實驗和量程連接好電路后，閉合開關，移動滑片，發(fā)現小燈泡始終不亮，且電壓表有示數，電流表無示數，且燈泡完好，則故障的可能原因是AB間有斷路．
（2）故障排除后，閉合開關移動滑動變阻器的滑片P到某一位置，電壓表的示數如圖2所示，記錄電壓表的數值是2.5V，要測量小燈泡的額定功率應將滑片P向C端滑動（選填“C”或“D”）．
（3）上述實驗有一個明顯的不足是燈泡的額定電壓不能較準確測量，要較準確測量應該怎樣改進電路：電壓表并聯在滑動變阻器兩端，此時電壓表的量程選小量程（選填“大量程”或“小量程”），且滑動變阻器的阻值閉合開關前不能（選填“能”或“不能”）至于電阻最大位置．
（4）當調節(jié)滑片P至某一位置，此時小燈泡工作在額定電壓下，讀取電流表的示數為0.24A，則小燈泡的額定功率為0.888W．

Answer 1

分析 （1）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，燈泡始終不亮，且電壓表有示數，電流表無示數，說明問題出在電壓表兩接線柱之間的電路，由此分析判斷；
（2）明確電壓表選擇的量程和對應的分度值，讀出電壓表示數時；要測量燈泡額定功率，兩端電壓必須等于額定電壓，根據串聯電路電壓與電阻成正比確定滑片移動方向；
（3）由于電壓表使用0-15V量程，分度值較大，測量誤差較大，由電源電壓和燈泡額定電壓，根據串聯電路的電壓特點分析解答改進措施；
先由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計算燈泡電阻，再根據串聯電路特點和歐姆定律計算變阻器連入最大值時變阻器兩端電壓，從而判斷閉合開關前滑片能否置于最大值處；
（4）由P=UI計算燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）電流表無示數，可能是電路中有斷路發(fā)生，電壓表有示數，說明電壓表到電源間是通路，故障的可能原因是電壓表兩接線柱之間的小燈泡斷路或AB間有斷路；
（2）由題知，小燈泡額定電壓為3.7V，由所以電壓表選擇的是0～15V量程，分度值為0.1V，由圖2知，此時的燈泡兩端電壓為2.5V；
由于燈泡實際電壓小于額定電壓3.7V，由串聯電路的分壓原理知，應將滑動變阻器的滑片向C端調節(jié)，以減小變阻器連入阻值，減小變阻器分壓，從而燈的兩端的電壓增大到3.7V；
（3）由于電壓表使用0-15V量程，分度值較大，測量誤差較大．
因為電源電壓為6V和燈泡額定電壓3.7V，根據串聯電路的電壓特點知燈泡正常工作時滑動變阻器兩端電壓：
U_滑=U-U_額=6V-3.7V=2.3V＜3V，所以為了更準確的測量電壓電壓表使用0-3V量程并聯在滑動變阻器兩端；
由題知，小燈泡額定電壓為3.7V，額定功率為0.8W，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得燈泡電阻：
R_L=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（{3.7V）}^{2}}{0.8W}$≈17Ω，
由根據串聯電路特點和歐姆定律可得變阻器連入最大值時變阻器兩端電壓：
U_R=IR_最大=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{最大}}$×R_最大=$\frac{6V}{17Ω+40Ω}$×40Ω≈4.2V＞3V，
即電壓表示數會超過其量程，故閉合開關前不能將滑動變阻器滑片至于電阻最大位置；
（4）小燈泡工作在額定電壓下，電流表的示數為0.24A，則小燈泡的額定功率為：
P=UI=3.7V×0.24A=0.888W．
故答案為：（1）AB間有斷路；（2）2.5；C；（3）燈泡的額定電壓不能較準確測量；電壓表并聯在滑動變阻器兩端；小量程；不能；（4）0.888．

點評 本題是測燈泡額定功率的實驗，考查了故障判斷、誤差分析和改進措施、串聯電路特點和歐姆定律的應用以及功率的計算等，考查全面，綜合性強，是一道好題．