Question

11．在測(cè)量“3.8V小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，選用的器材有：電壓表一只（量程為0-3V和0-15V）、電流表一只（量程為0-0.6A和0-3A）、3.8V小燈泡一個(gè)．滑動(dòng)變阻器一個(gè)、開關(guān)一個(gè)、新干電池若干及導(dǎo)線若干．
（1）小彤設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路，實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)為0.35A，則小燈泡的額定功率是1.33w．
（2）小雪認(rèn)為小彤的實(shí)驗(yàn)方案雖然測(cè)出了該燈泡的額定功率，但也存在一定的不足，請(qǐng)你指出小彤方案的不足之處．用0～15V的電壓表測(cè)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓3.8V時(shí)，指針偏角較小，讀數(shù)不精確．
（3）小彤和小雪交流研討后，改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)電路如圖乙所示，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定電流是0.4A．
（4）通過技算分析：用如圖乙所示的電路測(cè)量小燈泡的額定功率時(shí)，對(duì)電池使用的最少節(jié)數(shù)有何要求．此時(shí)對(duì)滑動(dòng)變阻器的規(guī)格有哪些要求．（為使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，試驗(yàn)時(shí)電壓表 和電流表的示數(shù)不小于所用量程的一半）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（2）因燈的額定電壓大于3V，根據(jù)電壓表的量程的選擇分析回答；
（3）根據(jù)圖丙電流表小量程讀數(shù)；
（4）分析圖乙電路的連接，根據(jù)試驗(yàn)時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)不小于所用量程的一半，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出燈泡正常發(fā)光時(shí)電源電壓的最小值，確定電源的節(jié)數(shù)；
由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出燈正常發(fā)光時(shí)變阻器分得的最小電壓，利用歐姆定律求出變阻器連入電路中的最小電阻，從而確定變阻器的規(guī)格．

解答 解：（1）當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)為0.35A，
小燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.35A=1.33W；
（2）要測(cè)小燈泡的額定功率，應(yīng)使燈泡兩端的電壓達(dá)到3.8V，則電壓表的量程為0～15V；
測(cè)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓3.8V時(shí)，用量程為0～15V的電壓表時(shí)，指針偏角較小，讀數(shù)不精確；
（3）當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，圖中電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，即燈的額定電流為0.4A；
（4）圖乙中，燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)變阻器兩端的電壓（電壓表可選用小量程），電流表測(cè)電路中的電流，
因要求：試驗(yàn)時(shí)電壓表和電流表的示數(shù)不小于所用量程的一半，電壓表示數(shù)至少為1.5V，電流表示數(shù)至少為0.3A，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，電源電源至少為U=3.8V+1.5V=5.3V，電池的節(jié)數(shù)至少為$\frac{5.3V}{1.5V}$≈3.53，故至少4節(jié)新干電池，即電源電壓至少為6V，因燈的額定電壓為3.8V，燈的額定電流為0.4A，
所以，變阻器分去的電壓至少為：U_滑=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
故變阻器的最大電阻至少R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{L}}=\frac{2.2V}{0.4A}$=5.5Ω，允許通過的最大電流至少為0.4A．
故答案為：（1）1.33；
（2）用0～15V的電壓表測(cè)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓3.8V時(shí)，指針偏角較小，讀數(shù)不精確；
（3）0.4；
（4）用如圖乙所示的電路測(cè)量小燈泡的額定功率時(shí)至少4節(jié)新干電池；變阻器的最大電阻至少為5.5Ω，允許通過的最大電流至少為0.4A．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量“3.8V小燈泡額定功率”，考查額定功率的計(jì)算、誤差的分析、對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估能力及嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的能力及對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的要求，綜合性強(qiáng)，有難度．