Question

11．在做“測定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，有如下器材：被測小燈泡（額定電壓為3.5V，阻值約為10Ω）、電源（電壓為6V）、滑動變阻器（10Ω，1A）、電壓表（0～3V，0～15V）、定值電阻R₀（5Ω，1A）、開關(guān)各一個，導(dǎo)線若干．
（1）請用筆劃線代替導(dǎo)線，將圖甲中電壓表接在小燈泡兩端（導(dǎo)線不得交叉）．
（2）閉合開關(guān)前，將滑動變阻器的滑片移到左（選填“左”或“右”）端．閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片到某一位置，使電壓表的示數(shù)U₁=3.5V．
（3）保持滑動變阻器滑片的位置不變，斷開開關(guān)，將電壓表改接在R₀兩端．請在圖乙虛線框中畫出相應(yīng)電路圖．

（4）閉合開關(guān)，電壓表示數(shù)U₂如圖丙，則小燈泡的額定功率為1.05W．
（5）實(shí)驗(yàn)過程中小明認(rèn)為上面實(shí)驗(yàn)要拆電路、移動電壓表有些麻煩，他設(shè)計了下面四種電路，你認(rèn)為哪個是正確的D

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表的量程，電壓表并聯(lián)在燈的兩端；
（2）閉合開關(guān)前，滑片置于阻值最大處；
（3）將電壓表并聯(lián)在定值電阻兩端，根據(jù)實(shí)物圖畫出對應(yīng)的電路圖；
（4）因滑片位置不動，電路中的電流大小不變，各用電器的電壓不變，由圖丙電壓表小量程讀出電壓表的示數(shù)；根據(jù)（3）中的電路圖求出燈正常工作時的電流大小，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（5）明確在不拆接電壓表且只一個電壓表和一個定值電阻的條件下，電壓表和定值電阻應(yīng)起到電流表的作用，所以定值電阻和燈應(yīng)串聯(lián)．因燈絲的電阻隨溫度的變化而變化，所以在操作過程中，燈要始終正常發(fā)光；首先應(yīng)使燈正常發(fā)光，所以電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈的兩端，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換再使電壓表測燈與定值電阻的總電壓，據(jù)此分析作答．

解答 解：（1）燈的額定電壓為3.5V，所以電壓表選用大量程，將電壓表并聯(lián)在燈的兩端，如下圖所示；


（2）閉合開關(guān)前，為保護(hù)電路，滑片應(yīng)置于阻值最大處，即移動到左端；閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片到某一位置，使電壓表的示數(shù)U₁=3.5V；
（3）保持滑動變阻器滑片的位置不變，斷開開關(guān)，將電壓表改接在R₀兩端，畫出對應(yīng)的電路圖，各元件順序與原實(shí)物圖一一對應(yīng)，如下圖所示：


（4）圖丙中電壓表小量程分度值為0.1V，示數(shù)為1.5V；因滑片位置不動，上面的兩個電路的連接關(guān)系沒有改變，電路中的電流保持不變，各用電器兩端的電壓保持不變，在（3）電路圖中，通過定值電阻的電流大小，即電路中的電流I=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}=\frac{1.5V}{{R}_{0}}$=0.3A，等于（2）中燈正常發(fā)光時的電流大小，所以燈的額定功率P=UI=3.5V×0.3A=1.05W；
（5）實(shí)驗(yàn)過程中小明認(rèn)為上面實(shí)驗(yàn)要拆電路、移動電壓表有些麻煩，在不拆接電壓表只通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換要達(dá)到同樣的效果，應(yīng)滿足的要求：首先將電壓表表并聯(lián)在燈的兩端，移動滑片使燈正常發(fā)光；保持滑片的位置不動，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電壓表測燈和定值電阻兩端的總電壓U_LR，因各用器的電壓保持不變，所以定值電阻的電壓大小U_R=U_LR-U_L，通過其電流大小I_L=$\frac{{U}_{LR}{-U}_{L}}{{R}_{0}}$，即燈正常發(fā)光時的電流，根據(jù)P=U_LI_L可求燈的額定功率．
在上面的設(shè)計的四個方案中，B選項中的方案，表面上看似乎也符合上述的條件，但在具體操作過程中，如果電壓表不拆接的前提下，總會使其中一個電壓表的正負(fù)接線柱接反，而使實(shí)驗(yàn)無法完成；只有D選項符合上面的要求，故選D．
故答案為：（1）如上圖一所示；
（2）左；
（3）如上圖二所示；
（4）D．

點(diǎn)評 本題測量小燈泡的電功率，在沒有電流表的情況下如何測額定電功率是本題的難點(diǎn)，主要考查學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的能力，綜合性強(qiáng)，難度較大．在（5）中，選項B是本題的易錯的地方，要注意理解體會．