Question

16．物理興趣小組到實(shí)驗(yàn)室做“測(cè)定小燈泡功率”的實(shí)驗(yàn)．被測(cè)小燈泡的額定電壓為2.5V．

（1）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖甲所示，則接下來的操作是電流表指針校零．
（2）圖乙是興趣小組尚未完成的電路，請(qǐng)你用鉛筆畫線代替導(dǎo)線，把圖乙中實(shí)物連接圖補(bǔ)充完整（要求：滑片向右滑時(shí)燈變亮）．
（3）小華按照電路圖進(jìn)行連接，當(dāng)她剛把最后一根導(dǎo)線連接好，小燈泡就立刻發(fā)光了．出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是由于在連接電路前開關(guān)沒有斷開．實(shí)驗(yàn)過程中，同學(xué)們正確連接電路并檢查無誤后，閉合開關(guān)，但小華發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，于是立刻舉手要求老師更換燈泡，其實(shí)小華同學(xué)的做法是欠妥的，她正確的做法應(yīng)該是觀察電流表和電壓表是否有示數(shù)，判斷是否短路或斷路．
（4）連接電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮．小組同學(xué)提出下列原因，其中不合理的是D．
A．滑動(dòng)變阻器接入電路電阻太大               B．導(dǎo)線接觸不良
C．燈泡燈絲斷了                                     D．電源正、負(fù)極接反了
（5）排除電路故障后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片到某一位置，電流表和電壓表的示數(shù)如圖丙所示，此時(shí)小燈泡的電阻是8.18Ω（電阻計(jì)算的結(jié)果保留二位小數(shù)），燈泡的實(shí)際功率是0.396W．
（6）在一次測(cè)定小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，老師提供了下列器材：額定電壓為U₀的小燈泡、電源（電壓未知）、一個(gè)阻值為R的定值電阻、一個(gè)滑動(dòng)變阻器、一個(gè)電壓表、三個(gè)單刀單擲開關(guān)和若干導(dǎo)線．請(qǐng)把你設(shè)計(jì)的測(cè)量小燈泡額定電功率的電路圖畫在圖丁的虛線框內(nèi)．

Answer 1

分析 （1）在檢查儀表時(shí)，首先應(yīng)看電表的指針是否指零，若不指零，即需要調(diào)零．
（2）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，且與燈泡并聯(lián)；滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則與電流表串聯(lián)，
根據(jù)滑片向右滑時(shí)燈變亮可知，電路中的電流變大，即滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小，故滑動(dòng)變阻器的右下方接線柱與電流表串聯(lián)．
（3）連接實(shí)物前，開關(guān)處于斷開狀態(tài)，防止連接到最后一根導(dǎo)線電路接通，燒壞電路元件；
電路連接正確，燈泡不亮，首先應(yīng)觀察電流表和電壓表是否有示數(shù)，判斷是否短路或斷路
的原因有兩個(gè)：沒有電流通過或雖有電流通過、但太��；是否有電流可以由電流表、電壓表指針是否偏轉(zhuǎn)確定；
雖有電流通過、但太小可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來觀察燈泡是否發(fā)光來判斷．
（4）燈泡不亮，說明電路中電流太小或者出現(xiàn)了斷路或燈泡短路；
（5）根據(jù)乙圖可知電流表和電壓表的量程，再結(jié)合分度值讀出兩電表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律求出燈泡的電阻，根據(jù)P=UI求出燈泡的實(shí)際功率．
（6）實(shí)驗(yàn)器材中沒有電流表，只有電壓表和定值電阻，可根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)設(shè)計(jì)電路，即燈泡與定值電阻、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)組成電路，
利用電壓表分別測(cè)出燈泡和定值電阻兩端電壓以及燈泡兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓，
然后測(cè)出定值電阻和燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流的特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，
利用P=UI表示出燈泡的額定功率，根據(jù)實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)原理分析答題．

解答 解：（1）由圖甲可以看出，此時(shí)電流表的指針不指零，故需將電流表指針校零；
（2）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V，且與燈泡并聯(lián)；
滑片向右滑時(shí)燈變亮，說明電路中的電流變大，此時(shí)電路電阻減小，故將滑動(dòng)變阻器的右下方接線柱與電流表串聯(lián)，如下圖所示：

（3）小華連接完最后一根導(dǎo)線，燈泡立刻發(fā)光，說明連接電路時(shí)開關(guān)未斷開；
如果小燈泡斷路，電路中沒有電流，電流表示數(shù)為零，但電壓表的示數(shù)接近電源的電壓；
如果小燈泡短路，電路中有電流，但電壓表示數(shù)為零；
所以，燈泡不亮，首先應(yīng)觀察電流表和電壓表是否有示數(shù)，再判斷是否短路或斷路．
（4）閉合開關(guān)后，燈泡不亮，說明電路中電流太小或者出現(xiàn)了斷路或燈泡短路，與電源的正負(fù)極無關(guān)．
故選：D．
（5）由圖乙可知：電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，此時(shí)燈泡兩端的電壓U_實(shí)=1.8V；
電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，通過燈泡的電流I_實(shí)=0.22A；
由I=$\frac{U}{R}$得，小燈泡的電阻：
R=$\frac{{U}_{實(shí)}}{{I}_{實(shí)}}$=$\frac{1.8V}{0.22A}$≈8.18Ω；
則燈泡的實(shí)際功率：P_實(shí)=U_實(shí)I_實(shí)=1.8V×0.22A=0.396W．
（6）燈泡的額定電壓已知，要測(cè)其額定功率，需要測(cè)出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，可以把燈泡與定值電阻串聯(lián)，測(cè)出定值電阻兩端電壓，由歐姆定律求出通過定值電阻的電流，由于燈泡與定值電阻串聯(lián)，可以求出通過燈泡的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示：

故答案為：（1）電流表指針校零；
（2）見上圖；
（3）開關(guān)沒有斷開；觀察電流表和電壓表是否有示數(shù)，判斷是否短路或斷路；
（4）D；
（5）8.18；0.396；
（6）見上圖．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路的連接、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，伏安法測(cè)電功率是初中物理實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，只要熟練掌握電流表和電壓表的使用注意事項(xiàng)，
以及電學(xué)實(shí)驗(yàn)要注意的問題（如：電表指針是否校零，連接電路時(shí)開關(guān)是否斷開等），就不難完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)．最后一問：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．