Question

10．在測(cè)定小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中 （所用燈泡的額定電壓U₀=3.8V）．

（1）小明實(shí)驗(yàn)小組采用圖甲的方案，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能是小燈泡斷路；排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，直到電壓表的示數(shù)為3.8V，觀察到電流表示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為1.14W．
（2）小紅實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）．①電路如圖丙所示，小紅按電路圖連接好電路；②開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；③開關(guān)S拔到位置2，滑片位置不動(dòng)（選填“向右移”、“向左移”或“不動(dòng)”），讀出電流表示數(shù)I₂．先算出燈泡的電阻：R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（請(qǐng)你用所測(cè)的物理量表示），再根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，計(jì)算燈泡的額定功率．他們按此方案測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，原因是燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，所以根據(jù)P₀₌$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大．仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為：開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．

Answer 1

分析 （1）燈泡不亮，可能是由電路斷路或燈泡短路造成的，根據(jù)故障現(xiàn)象分析電路故障原因；由圖示電流表確定電流表量程與分度值，讀出電流表示數(shù)，然后由P=UI求出燈泡額定功率．
（2）a、小紅小組想使用等效替代法，根據(jù)等效替代法分析答題；b、開關(guān)撥到2時(shí)，應(yīng)保持滑片位置不動(dòng)；
c、由歐姆定律求出燈泡兩端的電壓，由串聯(lián)電路的特點(diǎn)求出流過(guò)燈泡的電流，最后由歐姆定律求出燈泡的電阻；
d、燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大；
e、為準(zhǔn)確測(cè)出燈泡功率，只需在步驟②中進(jìn)行如下操作即可：開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到燈泡正常發(fā)光為止，讀出電流表示數(shù)I₁．）

解答 解：（1）燈泡斷路，或燈泡短路，或燈泡電路之外電路斷路時(shí)，燈泡不亮；
電流表示數(shù)為0，說(shuō)明電路存在斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源兩極相連，
電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路，綜合分析可知，與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路．
由圖乙所示的電流表可知，電流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.3A，
燈泡額定功率：
P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
（2）（2）③a、開關(guān)S拔到位置2，滑片位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂．
b、開關(guān)在位置1時(shí)，燈泡與電阻并聯(lián)，燈泡兩端的電壓U_L=U_R=I₁R，
開關(guān)打到2位置時(shí)，由并聯(lián)電路特點(diǎn)知：流過(guò)燈泡的電流I_燈=I₂-I₁，
則燈泡電阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
c、因?yàn)闊襞蓦娮桦S溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，
所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大；
d、要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟2改為：
開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．
故答案為：（1）小燈泡斷路；1.14；（2）不動(dòng)；$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，所以根據(jù)P₀₌$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大；開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$為止，讀出電流表示數(shù)I₁．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路故障分析、歐姆定律的應(yīng)用、并聯(lián)電路的特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)，本題第（2）小題應(yīng)用了等效替代法，第（2）小題有一定的難度，解題是時(shí)要注意認(rèn)真分析．