Question

11．在“測定小燈泡的額定功率”實驗中，小明同學(xué)用一個電壓表、一個電流表、一個開關(guān)、電壓大于5V的電源、額定電壓為3.8V的小燈泡和一個標(biāo)有“20Ω 1.5A”的滑動變阻器，設(shè)計的電路如圖甲所示．

（1）如果小燈泡的額定功率小于2W，電流表的量程應(yīng)選0～0.6A．
（2）請用鉛筆畫線代替導(dǎo)線，按照圖甲所示的電路圖，將圖乙的實物電路連接完整（連線不得交叉）．
（3）電路接好后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡特別亮，電壓表與電流表的示數(shù)較大．電路連接無誤，接下來應(yīng)進(jìn)行的操作是D，C（兩空按操作步驟先后順序填寫字母代號）．
A．更換電池或小燈泡
B．檢查電路是否短路
C．移動滑動變阻器滑片至最大值位置
D．?dāng)嚅_電路開關(guān)
（4）在實驗中，若電壓表示數(shù)為2V，則燈泡的實際功率＜（填“＞”“＜”或“=”）額定功率；在此基礎(chǔ)上，為了能測出燈泡的額定功率，必須將滑片向左（填“左”或“右”）；當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V時小燈泡正常發(fā)光，此時電流表示數(shù)為0.4A，則燈泡的額定功率為1.52W．
（5）完成上述實驗后，小明還想測量一段電爐絲的電阻R_x，可是在連接電路時，發(fā)現(xiàn)電流表和滑動變阻器都已損壞．于是小明找到了一個定值電阻R，重新設(shè)計并連接了如圖丙所示的電路，
請把下列實驗步驟補(bǔ)充完整：
步驟1：只閉合開關(guān)S₁，記下電壓表的示數(shù)為U₁；
步驟2：同時閉合開關(guān)S₁、S₂，記下電壓表的示數(shù)為U₂．
電阻表達(dá)式（用物理量的符號表示）：R_x=$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)小燈泡的額定功率和額定電壓，利用I=$\frac{P}{U}$計算出小燈泡的額定電流，選擇合適的電流表量程；
（2）根據(jù)電路圖連接實物圖，注意電流表量程的選擇，滑動變阻器按一上一下的原則接入電路；
（3）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡特別亮，電壓表與電流表的示數(shù)較大，說明電路中電阻較小，滑動變阻器接入電路的阻值可能不是滑動變阻器的最大阻值，正確的實驗操作是：斷開開關(guān)，調(diào)節(jié)滑片位置，使滑動變阻器接入電路的阻值為最大阻值，然后再繼續(xù)實驗；
（4）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，當(dāng)燈泡兩端的實際電壓小于額定電壓時，小燈泡的實際功率小于額定功率．燈泡電壓小于額定電壓，為使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)移動滑動變阻器滑片使滑動變阻器接入電路的阻值減小，使燈泡電壓變大，根據(jù)滑動變阻器的接法判斷滑片的移動方向；當(dāng)燈泡電壓等于額定電壓時，燈泡正常發(fā)光；由電功率公式P=UI可以求出燈泡電功率．
（5）沒有電流表，找出R_X的電流是關(guān)鍵，根據(jù)串聯(lián)電路電流相等，得到R的電流即R_X的電流；閉合S₁測R_X電壓，再閉合S₂測電源電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點，得出R電壓，根據(jù)歐姆定律，計算R的電流．

解答 解：（1）小燈泡的額定電壓為3.8V，小燈泡的額定功率小于2W，
由P=UI，可得小燈泡的額定電流I=$\frac{P}{U}$＜$\frac{2W}{3.8V}$≈0.53A＜0.6A，電流表應(yīng)選0～0.6A的量程；
（2）根據(jù)電路圖可知，電流從正極出發(fā)，依次經(jīng)過開關(guān)、滑動變阻器、小燈泡、電流表，回到負(fù)極，電壓表并聯(lián)在小燈泡兩端，
滑動變阻器上端接線柱已經(jīng)接入電路，將滑動變阻器下端的接線柱與開關(guān)右端的接線柱連接，電流表選擇0～0.6A的量程，將小燈泡0.6A接線柱與小燈泡左端接線柱連接；實物圖連接如下圖：

（3）小燈泡特別亮，電壓表與電流表的示數(shù)較大，說明小燈泡兩端電壓太高，電路中電流太大，原因是滑動變阻器沒移到阻值最大處，因此接下來應(yīng)進(jìn)行的操作是：D．?dāng)嚅_電路開關(guān)，C．移動滑動變阻器滑片至最大值位置；
（4）電壓表示數(shù)2V小于燈泡額定電壓3.8V，由電功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知燈泡實際功率小于燈泡額定功率；
由電路圖可知，應(yīng)向左移動滑動變阻器滑片，使滑動變阻器接入電路的阻值變小，燈泡兩端的電壓變大，當(dāng)電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V時，燈泡正常發(fā)光，燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（5）分析電路圖可知：R與R_X串聯(lián)，只閉合S₁，測R_X電壓U₁；再閉合開關(guān)S₂，讀出電壓表的示數(shù)為U₂，即電源電壓．
由：I_X=I，得：$\frac{{U}_{1}}{{R}_{x}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{R}$，所以，R_X=$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．
故答案為：（1）0～0.6；（2）如上圖所示；（3）D；C；（4）＜；左；3.8；1.52；（5）同時閉合開關(guān)S₁、S₂，記下電壓表的示數(shù)為U₂；$\frac{{U}_{1}R}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．

點評 本題考查了選擇電流表量程、連接電路圖、實驗操作、滑動變阻器的調(diào)節(jié)、求燈泡功率等問題，是實驗的�？紗栴}，一定要掌握；要根據(jù)燈泡正常發(fā)光時的電路電流選擇電流表量程；連接電路圖時，注意電流表量程的選擇、滑動變阻器的接法．