Question

6．小麗同學(xué)有一個(gè)標(biāo)有“3.8V”字樣小燈泡，她想知道小燈泡的額定功率，于是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室找來(lái)一些器材連接了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)量小燈泡的額定功率，電源電壓恒定不變．

（1）請(qǐng)你將圖甲中的實(shí)物電路連接完整（要求滑片向右移燈泡變暗）．
（2）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無(wú)示數(shù)，其故障原因是燈泡短路．
（3）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示，示數(shù)為0.38A，此時(shí)小燈泡的額定功率為1.44W．
（4）小麗認(rèn)為不能用這個(gè)小燈泡來(lái)研究電流與電壓的關(guān)系，理由是燈的電阻不是一個(gè)定值．
（5）若電流表在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中損壞了，小麗向老師要了一個(gè)已知阻值為R₀的定值電阻和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)出了小燈泡的額定功率，請(qǐng)你幫她完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2，移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②再將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)1，滑片的位置保持不動(dòng)（選填“保持不動(dòng)”、“適當(dāng)向左移”、“適當(dāng)向右移”），讀出電壓表的示數(shù)為U；
③小燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)出的物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，向右移燈泡變暗，說(shuō)明滑動(dòng)變阻器的左下方接線柱必須接入電路中；根據(jù)電流流向法，從電源的正極出發(fā)依次串聯(lián)各電路元件，然后把電壓表并聯(lián)在燈泡兩端即可；
（2）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路；燈不亮，電壓表無(wú)示數(shù)，據(jù)此分析其故障原因；
（3）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，根據(jù)P=UI求額定功率；
（4）研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻一定，據(jù)此分析；
（5）由丙圖可知，沒(méi)有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測(cè)出此時(shí)定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器要按“一上一下”的方式串聯(lián)接入電路，要滑片向右移時(shí)燈泡變暗，此時(shí)電路中的電流變大，
滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小，故應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的A接線柱與小燈泡的右接線柱連接，如下圖所示：

（2）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路；電壓表無(wú)示數(shù)，其故障原因是燈泡短路了；
（3）泡正常發(fā)光時(shí)的電壓為3.8V，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.38A；
此時(shí)小燈泡的額定功率為P=UI=3.8V×0.38A=1.44W；
（4）研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻一定，燈絲的電阻隨溫度的變化而變化，不是一個(gè)定值，故不能用這個(gè)小燈泡來(lái)研究電流與電壓的關(guān)系；
（5）①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2，移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)U；
③因電阻的連接沒(méi)有改變，各用電器的電阻電壓沒(méi)有改變，燈仍正常發(fā)光，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，
此時(shí)定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U-U_額=U-3.8V，
由串聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過(guò)燈泡的電流：I_額=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}=\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：P_額=U_額I_額=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）實(shí)物圖的連接如上圖所示；（2）燈泡短路；（3）0.38；1.44；（4）燈的電阻不是一個(gè)定值；（5）①3.8；②保持不動(dòng)；③3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路圖、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等，要注意電路圖和實(shí)物電路圖的連接要一一對(duì)應(yīng)；最后一問(wèn)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是本題的難點(diǎn)，知道實(shí)驗(yàn)原理、應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律即可正確解題．