Question

（2009?鄭州）某班同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)．被測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)們設(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）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，請根據(jù)現(xiàn)象和檢測結(jié)果指出故障的可能原因：

故障現(xiàn)象	檢測	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
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

（3）下表為某小組的實(shí)驗(yàn)記錄分析表：

實(shí)驗(yàn)序號	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)為該小組數(shù)據(jù)處理過程有誤，你認(rèn)為錯(cuò)誤之處是：

額定功率不應(yīng)求平均值

，正確測量結(jié)果P_額=

1.52

W．
（4）在科學(xué)探究過程中，經(jīng)常需要多次試驗(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)

小燈泡實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大

，可見這里的多次試驗(yàn)是為了發(fā)現(xiàn)不同現(xiàn)象背后的共同規(guī)律；有的多次試驗(yàn)是為了求平均值以減小實(shí)驗(yàn)誤差，如：

測量定值電阻的阻值

（填實(shí)驗(yàn)名稱）．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程；根據(jù)燈泡正常工作時(shí)，滑動(dòng)變阻器的電壓和燈泡正常工作時(shí)的電流計(jì)算需要的滑動(dòng)變阻器的最小電阻．按照滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻，同時(shí)滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流應(yīng)大于電路中的最大電流的原則選擇．
（2）燈泡較暗，電路電流較小，電路電阻較大，移動(dòng)滑片，燈泡亮度、電壓表和電流表的示數(shù)都不變，滑動(dòng)變阻器不能改變電路電阻，并且電路電阻很大，可以判斷故障原因．
燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，電壓表與電源接通，取下燈泡，電壓表和電流表的示數(shù)不變，可斷定燈泡斷路．
（3）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．
（4）該實(shí)驗(yàn)多次測量是為了尋找普遍規(guī)律，伏安法測電阻也是采用同樣的方法；測量未知電阻時(shí)，多次測量求平均值的目的是減小誤差的．

解答：解：（1）伏安法測燈泡額定功率時(shí)，滑動(dòng)變阻器的主要作用是移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使燈泡在額定電壓下工作．
燈泡的額定電壓為3.8V，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)變阻器兩端電壓為：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）燈泡較暗，兩表示數(shù)較小，電源電壓不變電路電阻較大，移動(dòng)滑片，現(xiàn)象都不改變，所以滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱．
燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電流斷路，電壓表有較大示數(shù)，取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以斷定燈泡斷路．
（3）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．
（4）本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次測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；伏安法測量定值電阻的阻值進(jìn)行多次測量的目的是減小誤差．
故答案為 （1）0～15V，R₂；（2）滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱，燈泡斷路；
（3）額定功率不應(yīng)求平均值，1.52；（4）小燈泡實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大  測量定值電阻的阻值．

點(diǎn)評：電壓表量程根據(jù)燈泡的額定電壓或電源電壓最小值來確定，電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端．注意滑動(dòng)變阻器有4個(gè)接線柱，選擇一上一下接線柱接入電路，使滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中．
電路故障的判斷時(shí)，注意電壓表示數(shù)較大表明電路中的通路部分是哪些．
掌握多次測量在不同實(shí)驗(yàn)中有不同的作用，比如測量電功率時(shí)是為了找規(guī)律，而伏安法測電阻時(shí)多次測量是為了減小誤差．