Question

12．在“測(cè)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，正常發(fā)光時(shí)的電阻約為12Ω，所用滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“50Ω  0.5A”．
（1）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線把圖甲中未完成的實(shí)物電路連接完整（要求滑片向A端滑動(dòng)時(shí)小燈泡變亮）；

（2）正確連接好電路后，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)，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表均有讀數(shù)，但小燈泡不亮，檢查發(fā)現(xiàn)所有電學(xué)元件均完好，請(qǐng)你判斷燈泡不亮的原因是：燈的實(shí)際功率過�。�
（3）繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑片P至某一處時(shí)電壓表的示數(shù)如圖乙所示，要使燈泡L正常發(fā)光，應(yīng)將滑片P向B（選填“A”或“B”）端移動(dòng)，燈泡正常發(fā)光時(shí)電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定電功率是1.14W．由于電壓表的內(nèi)阻很大，電流表內(nèi)阻很小，假如考慮電表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，則測(cè)得的小燈泡額定功率比小燈泡真實(shí)的額定功率偏大 （選填“偏大”、“偏小”或“相等”）．
（4）某同學(xué)還想探究電流與電阻的關(guān)系，于是只將甲圖中的燈泡換成定值電阻R，并使電壓表的示數(shù)始終保持4V不變，多次更換阻值不同的定值電阻R，記錄各次電流表的示數(shù)，在不更換其他器材和連接的情況下，為了能夠完成實(shí)驗(yàn)并保證電路安全，他更換的定值電阻R的阻值范圍是8-100Ω
（5）如果沒有電流表，只有一只電壓表，給你一個(gè)阻值為R已知電阻，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)好電路圖，并寫出表達(dá)式P=3.8V×（$\frac{{U}_{LR}-3.8V}{R}$）．

Answer 1

分析 （1）實(shí)驗(yàn)中電流表、燈泡和滑動(dòng)變阻器應(yīng)連成串聯(lián)電路，根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表量程與燈泡并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求了燈的額定電流確定電流表量程串聯(lián)在電路中，根據(jù)滑片向A端滑動(dòng)時(shí)小燈泡變亮，確定變阻器的接線；
（2）閉合開關(guān)前，滑片P應(yīng)移到最大值處；當(dāng)燈泡實(shí)際功率太小時(shí)，燈泡不發(fā)光由此分析原因；
（3）根據(jù)串分壓的知識(shí)進(jìn)行分析，在串聯(lián)電路中，電阻越大分得的電壓越多；在進(jìn)行電流表的讀數(shù)時(shí)，注意量程和分度值；將電壓值和電流值代入公式P=UI計(jì)算出額定功率；
由圖電流表測(cè)燈泡和電壓表電流之和，由此根據(jù)P=UI分析即可；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)，分壓原理和歐姆定律分析答題．
（5）若該電路中沒有電流表，電壓表和定值電阻應(yīng)起到測(cè)量電流的作用，故將燈與定值電阻串聯(lián)后再與變阻器串聯(lián)；
要測(cè)燈的額定功率，首先使燈正常發(fā)光，先將電壓表與燈并聯(lián)，通過移動(dòng)滑片的位置，使燈的電壓為額定電壓；保持滑片位置不動(dòng)，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電壓表測(cè)燈與定值電阻的電壓，因此時(shí)各電阻的大小和電壓不變，燈仍正常工作，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，可求出此時(shí)定值電阻的電壓，由歐姆定律可求出燈的額定電流，根據(jù)P=UI可求出燈的額定功率．

解答 解：（1）小燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表選用大量程與燈工商聯(lián)，正常發(fā)光時(shí)的電阻約為12Ω，由歐姆定律，燈正常工作時(shí)的電流約為：
I=$\frac{U}{R}=\frac{3.8V}{12Ω}$≈0.32A，電流表選用小量程串聯(lián)在電路中，因要求滑片向A端滑動(dòng)時(shí)小燈泡變亮，即電流變大，電阻變小，故將滑片以左電阻絲連入電路中，如下左所示：

（2）為了保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，滑片P應(yīng)移到最大值B端；
閉合開關(guān)，滑動(dòng)變阻器阻值全部接入電路，電壓表和電流表均有讀數(shù)，電路不存在斷路，燈泡也沒有短路，但小燈泡不亮，可能是由于電路電阻太大，通過燈泡的電流太小，燈泡實(shí)際功率太小不足以引起燈泡發(fā)光造成的；
（3）電壓表使用0-15V量程，分度值0.5V，由圖乙，電壓表示數(shù)為4V，說明小燈泡兩端的電壓高于額定電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，所以應(yīng)向B端移動(dòng)滑片，使燈泡兩端的電壓為額定電壓3.8V；
由圖丙，電流表的量程為0～0.6A，其分度值為0.02A，其讀數(shù)為0.3A，所以小燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
由圖電壓表測(cè)燈泡兩端電壓是準(zhǔn)確的，電流表測(cè)燈泡和電壓表電流之和，所以電流表所測(cè)電流偏大，根據(jù)P=UI可知，測(cè)得的小燈泡額定功率比小燈泡真實(shí)的額定功率偏大；
（4）電源電壓為6V，電阻兩端電壓為4V，滑動(dòng)變阻器分壓為2V，是定值電阻兩端電壓的$\frac{1}{2}$，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為定值電阻阻值的$\frac{1}{2}$，滑動(dòng)變阻器最大阻值為50Ω，因此定值電阻最大阻值為100Ω；
由電流表量程和變阻器規(guī)格可知，電路中電流最大0.5A，此時(shí)電路電阻最小，
此時(shí)定值電阻的阻值為：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{最大}}$=$\frac{4V}{0.5A}$=8Ω，
即更換的定值電阻R的阻值范圍是8～100Ω．
（5）根據(jù)上面的分析，設(shè)計(jì)電路如上右圖，先閉合S、S₁，調(diào)節(jié)變阻器的滑片，使燈的電壓為3.8V，燈泡正常發(fā)光；保持滑片位置不動(dòng)，斷開S₁，閉合S₂，此時(shí)電壓有測(cè)燈與定值電阻的總電壓U_LR，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律，此時(shí)電路中的電流，即燈的額定電流：
I_L=$\frac{{U}_{LR}-3.8V}{R}$，燈的額定功率：
P=U_額定I_L=3.8V×（$\frac{{U}_{LR}-3.8V}{R}$）．
故答案為：（1）如上左所示；（2）B；燈的實(shí)際功率過小；（3）B；1.14；偏大；（4）8-100Ω；（5）3.8V×（$\frac{{U}_{LR}-3.8V}{R}$）．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡電功率，考查電路的連接、注意事項(xiàng)、反常現(xiàn)象的分析、操作過程、額定功率的計(jì)算、誤差分析，同時(shí)也考查了探究電流與電阻的關(guān)系對(duì)器材的要求及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)額定功率的能力．難度較大．