Question

6．小明利用如圖所給的實驗器材“測量小燈泡的額定功率”，已知電源電壓恒為6V，小燈泡正常工作時的電壓為3.8V，電阻約為12Ω，滑動變阻器的規(guī)格為“20Ω 2A”．

（1）請用筆畫線代替導線，完成圖1實物電路的連接．
（2）正確連接電路后，用開關試觸，燈泡不亮，電壓表瞬間滿偏，電流表指針幾乎不動，電路的故障是滑動變阻器斷路．（電路只有一處故障）
（3）排除故障后，繼續(xù)實驗，閉合開關，移動滑片，當電壓表的指針在某電壓值時，（請在圖2中標出相應的電壓值），小燈泡正常發(fā)光，電流表的示數如圖3所示，小燈泡的額定功率是1.14W．
（4）測量完燈泡的額定功率后，小明有測量了幾組數據，計算后發(fā)現(xiàn)燈絲電阻隨其兩端電壓的增大而增大，原因是燈絲電阻隨溫度升高而增大．
【評估】小紅也利用上述器材對該小燈泡的額定功率進行了測量，實驗電路圖如圖4所示，實驗結束后，兩人對實驗進行了交流與評估．
①小紅的實驗結果誤差較大，理由是電壓表應選擇0-15V量程，量程過大，所以電壓的測量不夠精確．
②小明的實驗更不容易操作，理由是電源電壓6V，操作中電壓表先使用0-15V量程，調節(jié)變阻器后再使用0-3V量程，操作比較麻煩．

Answer 1

分析 （1）本實驗中電流表應與燈泡串聯(lián)，根據燈泡正常工作電流選擇電流表量程；
（2）電路短路時，電路中仍有電流，用電器能工作．電路斷路時，電路中無電流，用電器不工作．根據電流表、電壓表在電路中的不同特征來判斷；
（3）讀出燈泡正常發(fā)光時電流表示數，由P=UI計算小燈泡的額定功率；
（4）影響導體電阻的因素有材料、長度、橫截面積，另外還與溫度有關，大部分金屬導體，電阻值隨溫度的升高而增大；
【評估】由電源電壓和燈泡額定電壓，從兩人實驗中電壓表量程上分析解答．

解答 解：
（1）測量小燈泡的額定功率實驗中，電流表應與燈泡串聯(lián)，由歐姆定律可知燈泡正常發(fā)光的電流約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{12Ω}$≈0.32A，由此完成電路連接如圖所示：
；
（2）正確連接電路后，用開關試觸，燈泡不亮，電流表指針幾乎不動，說明電路可能有斷路，電壓表瞬間滿偏，說明電壓表到電源間是通路，所以電路的故障是與電壓表并聯(lián)的滑動變阻器斷路了；
（3）小燈泡正常發(fā)光，電壓表測得是滑動變阻器兩端的電壓，示數為6V-3.8V=2.2V，電壓表使用0-3V量程，分度值0.1V，由此在圖2中標出電壓表指針的位置如圖所示：
；
根據圖3，電流表的量程為0～0.6A，其分度值為0.02A，所以燈泡正常發(fā)光時的電流為0.3A，則燈泡的額定功率：
P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）隨著電壓的變大，通過燈絲的電流變大，燈絲產生的熱量變大，燈絲的溫度升高，燈絲的電阻值變大，即燈絲電阻隨溫度升高而增大；【評估】
由題知，電源電壓恒為6V，而小燈泡額定電壓為3.8V，
①由圖4小紅的實驗電路知，電壓表應選擇0-15V量程，量程過大，所以電壓的測量不夠精確；
②由圖1知，小明的實驗中電壓表測滑動變阻器兩端電壓，閉合開關前變阻器阻值要滑到最大值處，
由串聯(lián)電路的分壓原理知：$\frac{{U}_{R}}{{U}_{L}}$=$\frac{R}{{R}_{L}}$，即：$\frac{{U}_{R}}{{U}_{L}}$=$\frac{20Ω}{12Ω}$=$\frac{5}{3}$，則U_R=$\frac{5}{8}$U=$\frac{5}{8}$×6V=3.75V，
所以電壓表要使用0-15V量程，調節(jié)滑動變阻器后，因為燈泡正常發(fā)光電壓3.8V，變阻器兩端此時電壓為6V-3.8V=2.2V，所以為了精確測量再將電壓表換成0-3V量程，所以操作麻煩．
故答案為：（1）見上圖；（2）滑動變阻器斷路；（3）見上圖；1.14；（4）燈絲電阻隨溫度升高而增大；
【評估】①電壓表應選擇0-15V量程，量程過大，所以電壓的測量不夠精確；
②電源電壓6V，操作中電壓表先使用0-15V量程，調節(jié)變阻器后再使用0-3V量程，操作比較麻煩．

點評 本題考查了實物電路圖的連接、滑動變阻器的正確使用、電路故障的判斷、歐姆定律和電功率的計算，會分析實驗數據得出燈絲電阻與溫度的關系是解決本題的關鍵．