Question

1．小華測量小燈泡功率的實驗，已知電源電壓為4.5V，小燈泡的額定電壓為3.8V．

（1）實驗中所用電壓表在未接入電路時表盤如圖1，在使用它測量前應(yīng)進行的操作是將電壓表的指針調(diào)零．
（2）小華連接的電路如圖2所示，其中有一根導(dǎo)線連接錯誤．請在這根導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫線代替導(dǎo)線，將其改正．
（3）正確連接電路后，當電壓表示數(shù)達到額定電壓時，電流表示數(shù)如圖3所示，則小燈泡的額定功率為1.14W．
（4）繼續(xù)實驗時燈泡突然熄滅，經(jīng)分析：可能是燈泡斷路，也可能是滑動變阻器斷路．下列操作不能判斷出故障類型的是B．
A．直接觀察電壓表示數(shù)          B．直接觀察電流表示數(shù)
C．將另一個完好的燈泡并聯(lián)在燈泡兩端，觀察電流表是否有示數(shù)
D． 將一根導(dǎo)線并聯(lián)在燈泡兩端，觀察電流表是否有示數(shù)
（5）小明同學(xué)思考后覺得：用阻值已知的定值電阻來替代某一電表也能測出小燈泡正常發(fā)光時的功率，并設(shè)計了如圖5四個電路圖．其中正確的是A、C．
（6）老師又拿來了一阻值恒定的電阻元件R_x，額定功率P_額=6W，但額定電壓數(shù)據(jù)模糊．現(xiàn)提供如下器材有一個蓄電池（電壓約為6V）、一個電流表、一個阻值已知的定值電阻R₀，兩個單刀開關(guān)及導(dǎo)線．設(shè)計了如圖4的電路測出該元件的額定電壓．請補全以下實驗步驟，寫出測量的物理量及其對應(yīng)的符號．
實驗步驟：
①連接電路；
②閉合S₁、S₂，讀出電流表的示數(shù)為I₁；
③閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數(shù)I₂；
④斷開開關(guān)，整理器材．
實驗結(jié)論：U_額=$\sqrt{\frac{{P}_{額}{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}}$．（用測量的物理量和已知物理量的符號表示）

Answer 1

分析 （1）由圖1，電壓表指針未指在零刻度處，由此判斷應(yīng)先進行的操作；
（2）觀察圖2，根據(jù)電壓表和電流表的連接情況由題意作出判斷；
（3）由圖3讀出燈泡正常發(fā)光時電流表的示數(shù)，根據(jù)P=UI計算燈泡的額定功率；
（4）燈光突然熄滅，若燈泡斷路，電壓表串聯(lián)入電路；也可能是燈泡短路，電壓表也短路．由此可根據(jù)電壓表示數(shù)情況判斷故障的原因；
（5）由P=UI，小燈泡的額定電壓U₀已知，關(guān)鍵是測出額定電流．可以不考慮S₁和滑動變電阻的作用，假設(shè)都是閉合狀態(tài)，分別分析每個電路的開關(guān)及電流表和電壓表的關(guān)系，看哪一個電路圖能測量出燈泡的額定電流．
（6）要測量電阻的額定電壓，知道額定功率，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知只需要測量出電阻就可以，結(jié)合已有器材，設(shè)計測量電阻兩端電壓和電流．

解答 解：（1）由圖1所示可知，電壓表指針沒有指在零刻度線上，在使用前應(yīng)對電壓表進行調(diào)零，使指針指在零刻度線上．
（2）由圖2所示電路圖可知，電壓表與燈泡和滑動變阻器并聯(lián)，則電壓表連線錯誤，由于小燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表測量燈泡兩端的電壓時量程為0～15V的，由圖可知：電壓表使用的量程是0～3V的，所以應(yīng)將電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，電路圖如圖所示：

（3）由圖3所示電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
（4）若是接線柱接觸不良，更換燈泡或移動滑動變阻器的滑片，都不會引起現(xiàn)象的變化，所以ACD不能判斷故障原因；
燈光突然熄滅，若燈泡斷路，電壓表串聯(lián)入電路，示數(shù)幾乎等于電源電壓；
若燈泡短路，電壓表也短路，示數(shù)為零．由此可根據(jù)電壓表示數(shù)情況判斷故障的原因，故選B；
（5）A、燈泡與定值電阻并聯(lián)，通過開關(guān)的斷開或閉合能測出干路電流和燈泡的電流，當兩次的示數(shù)之差為I_R=$\frac{3.8V}{R}$時，燈泡正常工作，則根據(jù)P=UI即可求出燈泡的額定功率，故A電路正確；
B、閉合左邊的開關(guān)，電壓表上端為正接線柱，下端為負接線柱；只閉合右邊的開關(guān)，電壓表上端為負接線柱，下端為正接線柱，又不能更改電路，所以其中有一次電壓表接線柱一定接反，不能讀出電壓表示數(shù)，故不能測出燈泡的額定功率；
C、燈泡與定值電阻并聯(lián)，通過開關(guān)的斷開或閉合能測出干路電流和定值電阻的電流，當定值電阻的電流為I_R=$\frac{3.8V}{R}$時，燈泡正常工作，則根據(jù)P=UI即可求出燈泡的額定功率，故C電路正確；
D、閉合左邊的開關(guān)，電流表把燈泡短路，燈泡不發(fā)光；只閉合右邊的開關(guān)，電流表把電阻短路；兩個都閉合或斷開時，電流表均無示數(shù)．測不出燈泡的額定電流，該電路圖不能選．
故選AC．
（6）要測量電阻的額定電壓，知道額定功率，只需要測量出電阻就可以；只有一個電流表，沒有電壓表，需要測量電阻兩端電壓和電阻的電流，則電流表和R₀可以單獨工作，電流表需要測量兩個電流，應(yīng)在干路，如圖所示電路．

實驗步驟
②閉合S₁和S₂，記下電流表示數(shù)I₁；（即為干路電流）
③閉合S₁，斷開S₂，記下電流表示數(shù)I₂（則電源電壓為U=I₂R₀）
通過R_x電流；I_x=I₁-I₂，
由歐姆定律得：R_x=$\frac{U}{{I}_{x}}$=$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得R_x的額定電壓：U_額=$\sqrt{{P}_{額}{R}_{x}}$=$\sqrt{{P}_{額}×\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}}$=$\sqrt{\frac{{P}_{額}{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}}$．
故答案為：（1）將電壓表的指針調(diào)零；（2）如上圖；（3）0.3；1.14；（4）B（5）AC；（6）$\sqrt{\frac{{P}_{額}{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}}$．

點評 本題考查了連接實物電路圖、電路故障分析、電流表讀數(shù)、實驗現(xiàn)象分析、實驗電路分析等問題，連接電路圖時注意電表量程的選擇；測燈泡額定電壓時分析電路圖，由于不能判斷能不能電阻是否正常工作，所以測出電阻是解題的關(guān)鍵，分析開關(guān)閉合與斷開時電路的連接情況，綜合性較強，很容易出錯．