Question

15．運(yùn)用如圖（a）所示的實(shí)驗(yàn)器材做“測(cè)小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)”，其中小燈泡標(biāo)有“3.8V”的字樣、燈絲電阻約為10Ω左右．請(qǐng)完成或回答以下問(wèn)題．

（1）補(bǔ)畫導(dǎo)線，把圖（a）中的器材連接成完整實(shí)驗(yàn)電路（要求導(dǎo)線不交叉）．
（2）實(shí)驗(yàn)電路接好后，合上開關(guān)時(shí)，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有如表所列的兩種情況，請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)象和檢測(cè)結(jié)果指出故障的可能原因：

故 障 現(xiàn) 象	檢    測(cè)	故 障 原 因
燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無(wú)示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變

（3）燈泡正常發(fā)光時(shí)，若電流表的示數(shù)如圖（b）所示，則燈泡額定功率為1.216W．
（4）若實(shí)驗(yàn)器材中電壓表0～15V的量程不靈，而0～3V的量程正常，電源電壓為6V，在這種情況下，請(qǐng)你重新設(shè)計(jì)出能測(cè)定小燈泡額定功率的電路圖．（將圖畫在圖C的虛線框內(nèi)）
（5）小紅還想利用上述實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量一段電爐絲的電阻R_x，可是連接電路時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表已燒壞，原電路不能使用．請(qǐng)你利用現(xiàn)有器材（電壓未知的電源、量程合適的電壓表、最大阻值已知為R₀的滑動(dòng)變阻器、開關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線若干），幫助設(shè)計(jì)一個(gè)不用改變電壓表位置就能測(cè)出這段電爐絲電阻的電路．把你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖畫在圖D的虛線框內(nèi)（電爐絲的符號(hào)用電阻的符號(hào)表示），你的主要實(shí)驗(yàn)過(guò)程及測(cè)量的物理量是將滑片滑至a端，記下電壓表的示數(shù)U_a；再將滑片滑至b端，閉合開關(guān)，記下電壓表示數(shù)U_b；計(jì)算電爐絲電阻的表達(dá)式是：R_x=$\frac{{U}_{a}{R}_{0}}{{U}_-{U}_{a}}$．

Answer 1

分析 （1）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)，根據(jù)歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值確定電流表的量程且與燈泡串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器與燈泡串聯(lián)連入；
（2）當(dāng)把滑動(dòng)變阻器的兩個(gè)下接線柱接入了電路時(shí)，滑片移動(dòng)時(shí)，燈的亮度不變，且較暗，燈的電壓較小，電流也較小；當(dāng)燈絲斷了時(shí)，把燈從燈座上取下來(lái)，電壓表的示數(shù)是不變的，電流表也不會(huì)有示數(shù)的，是發(fā)生了斷路的；
（3）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出電流表的示數(shù)，利用P=UI求出其大小；
（4）燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V＜3V，電壓表0～15V的量程損壞，0～3V的量程正常，可以把電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（5）電源、滑動(dòng)變阻器、電爐絲的電阻Rx串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在電爐絲的電阻R兩端；測(cè)量過(guò)程：將滑片滑至b端，閉合開關(guān)，記下電壓表示數(shù)U_b；再將滑片滑至a端，記下電壓表的示數(shù)U_a，由串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律可求出電爐絲的電阻R．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表的量程為0～15V，且與燈泡并聯(lián)；
燈泡的額定電流約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，所以電流表的量程為0～0.6A，且與燈泡串聯(lián)；
滑動(dòng)變阻器與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

（2）①電流表無(wú)示數(shù)，電路斷路；燈泡不亮，燈泡斷路或燈泡短路或燈泡之外的電路斷路；
電壓表示數(shù)較大，說(shuō)明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路；取下燈泡，
兩表的示數(shù)不變，燈泡所在位置斷路；綜合分析知，故障原因是：燈泡斷路．
②移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變，說(shuō)明滑動(dòng)變阻器不能改變電路電路電阻，
滑動(dòng)變阻器接上面兩個(gè)接線柱或同時(shí)接下面兩個(gè)接線柱；燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，
說(shuō)明電路電流較小，電路阻值較大；綜合分析知，原因是：滑動(dòng)變阻器采用了“兩下”接法．
（3）由b圖可知：電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，通過(guò)燈泡的電流I=0.32A，
燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.32A=1.216W；
（4）電壓表0～15V的量程損壞，0～3V的量程正�；瑒�(dòng)變阻器，可以把電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端電壓，當(dāng)電壓表示數(shù)為6V-3.8V=2.2V時(shí)，燈泡兩端電壓等于其額定電壓，燈泡正常發(fā)光，電路如圖所示：

（5）電源、滑動(dòng)變阻器、電爐絲的電阻R_x串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在電爐絲的電阻R_x兩端，電路圖如圖所示：

測(cè)量過(guò)程：將滑片滑至a端，記下電壓表的示數(shù)U_a；
再將滑片滑至b端，閉合開關(guān)，記下電壓表示數(shù)U_b；
則根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：U_滑=U_b-U_a，
則電路電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_-{U}_{a}}{{R}_{0}}$，
根據(jù)I=$\frac{U}{R}$可得，電爐絲的電阻R_x=$\frac{{U}_{a}}{I}$=$\frac{{U}_{a}}{\frac{{U}_-{U}_{a}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{a}{R}_{0}}{{U}_-{U}_{a}}$．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）燈泡斷路；滑動(dòng)變阻器采用了“兩下”接法；（3）1.216；（4）如上圖所示；（5）將滑片滑至a端，記下電壓表的示數(shù)U_a；再將滑片滑至b端，閉合開關(guān)，記下電壓表示數(shù)U_b；$\frac{{U}_{a}{R}_{0}}{{U}_-{U}_{a}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物電路圖的連接、電表量程的選擇、電流表的讀數(shù)、歐姆定律和電功率的計(jì)算、滑動(dòng)變阻器的正確使用、電路故障的判斷等，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，但這些知識(shí)都是學(xué)生必須掌握的內(nèi)容，也是實(shí)驗(yàn)經(jīng)�？疾榈膬�(nèi)容，注意掌握．