Question

9．在“測量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，電源電壓恒定為6V，小燈泡的額定電壓為 3.8V．

（1）請用筆劃線代替導(dǎo)線將電路連接完整（連線不能交叉）．
（2）連接電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，則電路中發(fā)生的故障是小燈泡短路（選填“小燈泡斷路”或“小燈泡短路”）．
（3）排除故障后，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：閉合開關(guān)前，滑片p應(yīng)移到B（選填“A”或“B”）端，閉合開關(guān)后，移動滑片P使電壓表示數(shù)為3.8V時，電流表示數(shù)如圖乙所示，則電流表示數(shù)為0.24A，小燈泡的額定功為0.192W．
（4）實(shí)驗(yàn)時某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)由電流表損壞，他們想設(shè)計一個不用電流表測定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)．于是向老師要了一個阻值為R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個單刀雙擲開關(guān)（符號為：），借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)．假如由你來做該實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次．請設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案：
①在方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
②簡述實(shí)驗(yàn)步驟：（用相應(yīng)的字母表示測出的物理量）
a．按圖連接電路．
b．閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
c．保持滑動變阻器滑片的位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)為U．
③寫出小燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理連接實(shí)物電路圖．
（2）電流表有示數(shù)，說明整個電路是通路，電壓表無示數(shù)，說明電壓表被短路．
（3）為保護(hù)電路閉合開關(guān)前，滑片P置于滑動變阻器最大值處；根據(jù)電流表量程和分度值，讀出電流表示數(shù)；由P=UI計算其額定功率；
（4）沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于2.5V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）測燈泡功率實(shí)驗(yàn)，電壓表測燈泡兩端電壓，電流表測通過燈泡的電流，實(shí)物電路圖如圖所示：

（2）如果小燈泡發(fā)生了斷路，則電路為斷路，電流表示數(shù)為零，電壓表測量電源電壓，不符合題意；
如果小燈泡發(fā)生短路，電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為零，符合題意；
（3）為保護(hù)電路閉合開關(guān)前，滑片P置于滑動變阻器最大值處，由圖可知滑片P應(yīng)置于B端；
由圖可知，電流表使用的是0-0.6A量程，分度值為0.02A，由丙圖可知電流表示數(shù)為0.24A；
此時燈光正常發(fā)光，燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.24A=0.912W；
（4）①實(shí)驗(yàn)需要測出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，可以把燈泡與定值電阻串聯(lián)，測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：

②實(shí)驗(yàn)步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，
b、閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
c、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；
故答案為：（1）見上圖；（2）小燈泡短路；（3）B；0.24；0.912；
（4）①如上圖所示；
②a．按圖連接電路；
b．閉合S₁，S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
c．保持滑動變阻器滑片的位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)為U．
③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評 本題考查了連接實(shí)物電路圖、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)計等；對電表讀數(shù)時要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時視線要與電表刻度線垂直；最后一問：實(shí)驗(yàn)設(shè)計是本題的難點(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．