Question

1．小明為了測(cè)量小燈泡發(fā)光時(shí)的電阻（阻值約10Ω左右）和電功率，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路圖．已知電源電壓為4.5V，燈泡的額定電壓為3.8V，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“20Ω  1A”字樣．
（1）圖乙是小明根據(jù)電路圖連接的實(shí)物圖．閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮；經(jīng)檢查，是由于一根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤．請(qǐng)你在實(shí)物圖中連接錯(cuò)誤的導(dǎo)線上打“×”并補(bǔ)畫出正確的連線；

（2）小明改正錯(cuò)誤后，閉合開關(guān)前變阻器的滑片應(yīng)當(dāng)移到B（選填“A”或“B”），則第1次次測(cè)得的小燈泡的電阻為10Ω； 從表中計(jì)算出三次小燈泡的電流跟電壓不成正比，你認(rèn)為可能的原因是小燈泡燈絲的電阻受溫度影響．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3
電壓U/V	2.5	3.0	3.8
電流I/A	0.25	0.28	0.32

（3）由上表可以測(cè)得小燈泡的額定功率是1.216W；同組的小紅認(rèn)為為了減小測(cè)量誤差應(yīng)當(dāng)取三次功率的平均值作為燈泡電阻，對(duì)此你的意見是燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，不能求不同電壓下的功率平均值．
（4）若電壓表0～15V的量程損壞，只有0～3V量程可用．為完成測(cè)定額定功率的實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)你用原有器材重新設(shè)計(jì)一個(gè)電路的電路圖畫在上面的虛線框內(nèi)；根據(jù)你的設(shè)計(jì)重新連接電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為0.7V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光，并記下此時(shí)電流值．
（5）若實(shí)驗(yàn)中所用器材均良好，但某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電流表的指針正常偏轉(zhuǎn)，而電壓表的示數(shù)為零，且燈泡不亮，則電路中發(fā)生故障的可能原因是小燈泡短路．

Answer 1

分析 （1）電壓表的內(nèi)阻很大，串聯(lián)在電路中．其它元件都相當(dāng)于導(dǎo)線，都不能正常工作；
實(shí)物連接圖中找錯(cuò)誤之處，主要從電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器的正確使用上考慮；
（2）閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器處于最大阻值處，保護(hù)電路；根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，利用R=$\frac{U}{I}$計(jì)算電阻；燈泡燈絲電阻受溫度影響；
（3）燈泡正常工作時(shí)，電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓；知道燈泡的額定電壓和額定電流，根據(jù)P=UI計(jì)算額定功率；燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，不能把不同電壓下實(shí)際功率的平均值作為額定功率；
（4）電壓表0～15V量程損壞，只能使用0～3V量程，燈泡正常發(fā)光時(shí)燈泡電壓是3.8V＞3V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓是4.5V-3.8V=0.7V，因此電壓表不能測(cè)燈泡兩端電壓，可用電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端電壓，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖；
（5）電流表的指針正常偏轉(zhuǎn)，說明電路是通路；電壓表指針幾乎不動(dòng)說明燈泡處的電阻很小，從斷路和短路兩種情況進(jìn)行分析．

解答 解：
（1）由實(shí)物圖可知，電壓表串聯(lián)在電路中．電壓表的內(nèi)阻很大，電路中幾乎無電流，所以電流表無示數(shù)，燈泡不亮，電壓表測(cè)量電源電壓，電壓表有示數(shù)；
由電路圖知，電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，變阻器與燈泡串聯(lián)，所以修改實(shí)物連接如圖所示：；
（2）滑動(dòng)變阻器在電路中保護(hù)電路，滑動(dòng)變阻器接左下接線柱，滑動(dòng)變阻器滑片在B端接入電阻最大；
第1次測(cè)得的小燈泡兩端電壓、電流分別為：2.5V和0.25A，
由I=$\frac{U}{R}$得，燈絲的電阻：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{3.0V}{0.28A}$≈10.7Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$$\frac{3.8V}{0.32A}$≈11.9Ω；
實(shí)驗(yàn)時(shí)，燈絲長度、橫截面積、材料不變，燈泡兩端電壓增大，燈絲溫度升高，電阻增大；
（3）電壓表測(cè)燈泡電壓，燈泡正常工作時(shí)，電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓3.8V；由表格知，此時(shí)通過燈泡電流為0.32A，
所以小燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.32A=1.216W；
燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，把不同電壓下實(shí)際功率的平均值作為額定功率，是錯(cuò)誤的，沒有意義；
（4）電壓表0～15V量程損壞，電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，電路圖如圖所示：；
當(dāng)燈泡電壓為額定電壓時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓，即電壓表示數(shù)U_滑=U-U_L=4.5V-3.8V=0.7V，當(dāng)電壓表示數(shù)是0.7V時(shí)燈泡正常發(fā)光；
（5）電流表的指針正常偏轉(zhuǎn)，說明電路是通路；電壓表指針幾乎不動(dòng)說明燈泡處的電阻很小，燈泡不亮，故電路故障為燈泡短路．
故答案為：（1）不亮；見上圖；
（2）；B；10Ω；小燈泡燈絲的電阻受溫度影響；
（3）1.216；燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，不能求不同電壓下的功率平均值；
（4）電路圖如上所示；0.7；
（5）小燈泡短路．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路圖、求功率、電阻、誤差分析等問題，綜合性強(qiáng)，難度較大．