Question

（2012?鄧州市二模）某班同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測(cè)定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)．被測(cè)小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線若干，滑動(dòng)變阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω  1A）．
同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的電路如圖所示：

（1）電壓表應(yīng)選用

0～15V

擋，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

R₂

（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）
（2）圖甲是小明畫出的實(shí)驗(yàn)電路圖，請(qǐng)你根據(jù)電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線，幫他將圖乙中未完成的電路連接好，要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，連入電路的阻值變小，導(dǎo)線不能交叉．
（3）實(shí)驗(yàn)電路接好后，合上開關(guān)時(shí)，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)象和檢測(cè)結(jié)果指出故障的可能原因：

故障現(xiàn)象	檢測(cè)	故障原因
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變	① 滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱
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	② 燈泡斷路

（4）下表為某小組的實(shí)驗(yàn)記錄分析表：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P額= 1.08+1.52+1.89 3 =1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老師認(rèn)為該小組的數(shù)據(jù)處理過程有錯(cuò)誤，你認(rèn)為錯(cuò)誤之處是

額定功率不應(yīng)求平均值

，正確的測(cè)量結(jié)果是P額=

1.52

 W．
（5）在科學(xué)探究的過程中，經(jīng)常需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)．如在本實(shí)驗(yàn)中，若進(jìn)一步綜合分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，你能發(fā)現(xiàn)另外一條規(guī)律

小燈泡實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大

，可見這里的多次實(shí)驗(yàn)是為了發(fā)現(xiàn)不同現(xiàn)象背后的普遍規(guī)律；有時(shí)多次實(shí)驗(yàn)是為了多次測(cè)量取平均值以減小實(shí)驗(yàn)誤差，如：

測(cè)量定值電阻的阻值

  （填實(shí)驗(yàn)名稱）．

Answer 1

分析：（1）由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在約為6V的電源上，燈泡正常工作時(shí)，求得滑動(dòng)變阻器電壓，求得燈泡正常工作時(shí)的電流，即滑動(dòng)變阻器電流，根據(jù)R=

U

I

計(jì)算需要的滑動(dòng)變阻器的最小電阻．滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流大于電路中的最大電流．
（2）由電路圖可知，電壓表與燈泡并聯(lián)，電流表與燈泡串聯(lián)，注意兩電表的量程和正負(fù)接線柱的連接；滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，連入電路的電阻變小可知此時(shí)要靠近下方右端接線柱．
（3）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，說明電路電阻太大；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變說明滑動(dòng)變阻器不能改變電路電阻，即滑動(dòng)變阻器全部接入電路．
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)說明電路斷路；取下燈泡，兩表的示數(shù)不變說明燈泡斷路．
（4）由于燈泡的實(shí)際功率不是定值，所以不能求平均值；當(dāng)燈泡在額定電壓下，燈泡正常工作時(shí)的實(shí)際功率等于燈泡的額定功率．
（5）該實(shí)驗(yàn)多次測(cè)量是為了尋找普遍規(guī)律，伏安法測(cè)電阻也是采用同樣的方法；測(cè)量未知電阻時(shí)，多次測(cè)量求平均值的目的是減小誤差的．

解答：解：（1）燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表選擇0～15V量程．
燈泡正常工作時(shí)，電路電流約為I=

UL

RL

=

3.8V

10Ω

=0.38A，
滑動(dòng)變阻器兩端電壓U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動(dòng)變阻器電阻為R′=

U′

I

=

2.2V

0.38A

≈5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑動(dòng)變阻器的電阻太小，“500Ω 1A”滑動(dòng)變阻器的電阻太大，不能滿足實(shí)驗(yàn)需要．
所以選擇“10Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器．
（2）電壓表選15V量程與燈泡并聯(lián)，電流表選0.6V的量程與燈泡串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器右下方接線柱與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

（3）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變，故障原因是：滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱．
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)不變故障原因是：燈泡斷路．
（4）由于燈泡的實(shí)際功率不是定值，所以不能通過求平均值的方法來求功率；該小組數(shù)據(jù)處理過程是錯(cuò)誤的；
額定功率等于燈泡正常工作時(shí)的實(shí)際功率，即實(shí)際電壓為3.8V時(shí)的實(shí)際功率1.52W．
（5）本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次測(cè)量的目的是為了找到普遍規(guī)律，即小燈泡實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大；伏安法測(cè)量定值電阻的阻值進(jìn)行多次測(cè)量的目的是減小誤差．
故答案為：（1）0～15V；R₂；（2）如上圖所示；（3）①滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱；②燈泡斷路；（4）額定功率不應(yīng)求平均值；1.52；（5）小燈泡實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大；測(cè)量定值電阻的阻值．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了用伏安法測(cè)燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器的正確使用方法．對(duì)于電表量程的選擇，應(yīng)盡量使在不超過電表量程的前提下，使電表指針偏轉(zhuǎn)幅度盡量大些，以保證可以多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，從而歸納出普遍結(jié)論．