Question

1．在“測定小燈泡額定功率”的實驗中，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V．
（1）請在圖甲中用筆劃線代替導(dǎo)線，完成電路連接．

（2）連接電路，閉合開關(guān)后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是燈泡斷路
（3）排除故障后，在將滑動變阻器的滑片從一端緩慢移到另一端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)U與滑片移到距離x的關(guān)系如圖乙所示，電壓調(diào)節(jié)非常不方便，這是由于選用了A（選填“A”或“B”）滑動變阻器
可供選用的滑動變阻器
滑動變阻器A（阻值范圍0-500Ω，滑片行程10cm）；
滑動變阻器B（阻值范圍0-50Ω，滑片行程10cm）．
（4）換用了另一個滑動變阻器并接通電路后，移到滑片位置，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，其讀數(shù)為0.5A．
（5）實驗中剛剛測完上述（4）中的一個數(shù)據(jù)，電流表突然損壞了．他們找到了一個阻值為10Ω的定值電阻和一個單刀雙擲開關(guān)（符號為（），借助原有的實驗器材，重新進(jìn)行了測量，假定由你來做實驗，要求電路只連接一次，請設(shè)計實驗方案，
①在虛線框內(nèi)畫出實驗電路圖；
②簡述實驗步驟；
③寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P=$\frac{{U}_{0}}{6V-{U}_{0}}$×0.836W（用已知量和測量量來表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，且并聯(lián)在燈泡兩端，滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）電壓表有示數(shù)說明電壓表與電源之間是通路，燈泡不亮、電流表指針幾乎不動說明電路斷路，則電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦罚?br />（3）由圖乙可知滑片移動時燈泡兩端電壓的變化，根據(jù)電壓調(diào)節(jié)方便的原則確定滑動變阻器的規(guī)格；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出丙圖的示數(shù)；
（5）實驗器材中沒有電流表，只有電壓表和定值電阻，且電源的電壓已知，先讓燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器使燈泡兩端的電壓為3.8V，然后保持滑動變阻器接入電路中的電阻不變，利用定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律得出等式求出滑動變阻器的阻值；燈泡正常發(fā)光時，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流，利用P=UI求出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為3.8V，則電壓表的量程為0～15V，且與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器的任意上方接線柱與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

（2）連接電路，閉合開關(guān)后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，說明電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦�，可能是燈泡斷路�?br />（3）由圖乙可知，滑片移動時燈泡兩端電壓的變化開始不很不明顯，說明滑動變阻器選擇最大的阻值較大，為使電壓調(diào)節(jié)方便應(yīng)選B滑動變阻器；
（4）由實物電路圖可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，則乙圖中電流表的示數(shù)為0.5A；
（5）①實驗器材中沒有電流表，只有電壓表和定值電阻，且電源的電壓已知，可讓燈泡與定值電阻并聯(lián)，然后再與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測并聯(lián)部分的電壓，如下圖所示：

②實驗步驟：
A．根據(jù)電路圖，連接實物，將滑動變阻器的滑片P調(diào)至最大；
B．開關(guān)S與b接線柱相連，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，直至電壓表的示數(shù)達(dá)到3.8V為止；
C．保持滑動變阻器的滑片位置不動，開關(guān)S與a相連，讀出電壓表的示數(shù)U₀；
③開關(guān)S與a相連時，
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U₀=6V-U₀，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流：
I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，即$\frac{6V-{U}_{0}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{0}}{10Ω}$，
解得：R_滑=$\frac{（6V-{U}_{0}）×10Ω}{{U}_{0}}$，
開關(guān)S與b接線柱相連，電壓表的示數(shù)達(dá)到3.8V時，定值電阻兩端的電壓：
U_滑′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
此時電路中的電流：
I′=$\frac{{U}_{滑}′}{{R}_{滑}}$=$\frac{2.2V}{\frac{（6V-{U}_{0}）×10Ω}{{U}_{0}}}$=$\frac{2.2V×{U}_{0}}{（6V-{U}_{0}）×10Ω}$，
燈泡的額定功率：
P_L=U_LI′=3.8V×$\frac{2.2V×{U}_{0}}{（6V-{U}_{0}）×10Ω}$=$\frac{{U}_{0}}{6V-{U}_{0}}$×0.836W．
故答案為：
（1）電路圖的連接如上圖所示；
（2）燈泡斷路；
（3）A；
（4）0.5；
（5）①設(shè)計的電路圖如上圖所示；
②A．根據(jù)電路圖，連接實物，將滑動變阻器的滑片P調(diào)至最大；
B．開關(guān)S與b接線柱相連，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P，直至電壓表的示數(shù)達(dá)到3.8V為止；
C．保持滑動變阻器的滑片不動，開關(guān)S與a相連，讀出電壓表的示數(shù)U₀；
③$\frac{{U}_{0}}{6V-{U}_{0}}$×0.836W．

點(diǎn)評 本題考查了測定小燈泡額定功率的實驗，涉及到實物電路圖的連接、電路故障的判斷、滑動變阻器規(guī)格的選擇、電流表的讀數(shù)以及實驗的設(shè)計等，涉及到的知識點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，平時注意多積累相關(guān)知識、多總結(jié)解題方法．