Question

9．小麗同學(xué)手里有一個(gè)標(biāo)有“3.8V”字樣的小燈泡．她想知道小燈泡正常工作時(shí)的電阻．于是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室找來(lái)一些器材連接了如圖所示的實(shí)驗(yàn)電路，電源電壓恒定不變．

（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物連接完整（要求滑片向左移燈泡變亮）
（2）閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表指針有明顯偏轉(zhuǎn)，其故障原因是小燈泡斷路．
（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，小燈泡正常工作時(shí)的電阻是10Ω．
（4）完成上述實(shí)驗(yàn)后，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(kāi)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(kāi)關(guān)S₁，將開(kāi)關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2（選填“1”或“2”），移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V
②保持滑片的位置不動(dòng)，再將開(kāi)關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)1（選填“1”或“2”），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=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$ （用已知量和測(cè)量量表示）
④若將小燈泡換成發(fā)光二極管．測(cè)量發(fā)光二極管的電功率．發(fā)現(xiàn)在亮度相當(dāng)?shù)那闆r下．每次所測(cè)得的電功率都比小燈泡的小．從能量轉(zhuǎn)化角度來(lái)分析．其原因是發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)換成光能的效率更高．

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，向左移燈泡變亮，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）電流表無(wú)示數(shù)說(shuō)明電路斷路，電壓表有示數(shù)且燈泡不亮，說(shuō)明電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦罚?br />（3）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律的變形公式求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；
（4）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．
（5）據(jù)能量的轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)分析即可．

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，要滑片向左移時(shí)燈泡變亮，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(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表并聯(lián)部分?jǐn)嗦�，即小燈泡斷路�?br />（3）燈泡正常發(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，
由I=$\frac{U}{R}$得，小燈泡正常工作時(shí)的電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω．
（4）①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開(kāi)關(guān)S₁，將開(kāi)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此時(shí)定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U-U_額=U-3.8V，
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×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
④將小燈泡換成發(fā)光二極管，測(cè)量發(fā)光二極管的電功率，發(fā)現(xiàn)在亮度相當(dāng)?shù)那闆r下，每次所測(cè)得的電功率都比小燈泡的小，這是由于：發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)換成光能的效率更高導(dǎo)致的．
故答案為：（1）實(shí)物圖的連接如上圖所示；（2）小燈泡斷路； （3）10；（4）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；④發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)換成光能的效率更高．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)故障分析、實(shí)驗(yàn)操作、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．