Question

9．小明在做“測(cè)定小燈泡功率”的實(shí)驗(yàn)中，所用電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V，估計(jì)小燈泡的額定功率不超過(guò)1.44W．在測(cè)額定功率時(shí)，小明發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所用的電壓表0～15V量程檔壞了，而0～3V量程檔完好．其他器材完好無(wú)損，滑動(dòng)變阻器有“20Ω  1A”、“5Ω  2A”兩種規(guī)格，利用上述器材，小明設(shè)計(jì)了一個(gè)方案，測(cè)出了小燈泡的額定功率．
（1）本實(shí)驗(yàn)應(yīng)選用“20Ω 1A”規(guī)格的滑動(dòng)變阻器；
（2）請(qǐng)你在方框內(nèi)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖；
（3）將圖中的實(shí)物連成實(shí)驗(yàn)電路．
（4）電路連接好后，操作過(guò)程與常規(guī)相比主要區(qū)別在于閉合開(kāi)關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片不能調(diào)到阻值最大處，而是在變阻器中點(diǎn)附近；
（5）簡(jiǎn)要說(shuō)明小燈泡正常發(fā)光的理由．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出燈泡兩端電壓為3.8V時(shí)變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和P=UI求出電路中電流的大約值，利用歐姆定律求出變阻器接入電路中的電阻，然后確定變阻器的規(guī)格；
（2）實(shí)驗(yàn)中電壓表選用0～3V的量程，而燈泡的額定電壓大于電壓表的示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路的電源特點(diǎn)可知變阻器兩端的電壓小于3V，故電壓表應(yīng)與變阻器并聯(lián)，然后利用電流表測(cè)出電路中的電流，保護(hù)電路和改變燈泡兩端電壓的滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，然后與電源、開(kāi)關(guān)組成電路；
（3）根據(jù)電流流向法，先串主電路，然后把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端；
（4）根據(jù)歐姆定律求出燈泡電阻的大約值，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)求出變阻器阻值最大時(shí)其兩端的電壓，然后得出答案；
（5）根據(jù)串聯(lián)電路的電源特點(diǎn)和額定電壓下燈泡正常發(fā)光進(jìn)行解答．

解答 解：（1）因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，燈泡兩端電壓為3.8V時(shí)變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，由P=UI可得，電路中的電流：
I=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{1.44W}{3.8V}$≈0.38A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，變阻器接入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω＞5Ω，
所以，本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“20Ω  1A”；
（2）電壓表的量程為0～3V，而燈泡的額定電壓3.8V＞3V，由（1）可知，燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓2.2V＜3V，則電壓表因并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，電流表串聯(lián)在電路中測(cè)電流，然后與滑動(dòng)變阻器、電源、開(kāi)關(guān)串聯(lián)組成電路，如下圖所示：

（3）從電源的正極出發(fā)，依次串聯(lián)開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器、燈泡、電流表回到電源的負(fù)極，然后把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，如下圖所示：

（4）燈泡的電阻約為R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω，
滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最大時(shí)其兩端的電壓：
U_滑大=$\frac{{R}_{滑大}}{{R}_{滑大}+{R}_{L}}$U=$\frac{20Ω}{20Ω+10Ω}$×6V=4V＞3V，
所以，閉合開(kāi)關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片不能調(diào)到阻值最大處，而是在變阻器中點(diǎn)附近；
（5）電源電壓為6V，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，小燈泡兩端電壓為6V-2.2V=3.8V，此時(shí)小燈泡正好正常發(fā)光．
故答案為：
（1）“20Ω 1A”
（2）電路圖如上圖所示；
（3）實(shí)物圖連接如上圖所示；
（4）閉合開(kāi)關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片不能調(diào)到阻值最大處，而是在變阻器中點(diǎn)附近；
（5）電源電壓為6V，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，小燈泡兩端電壓為6V-2.2V=3.8V，此時(shí)小燈泡正好正常發(fā)光．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)定小燈泡功率的實(shí)驗(yàn)，涉及到串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用、電路圖的設(shè)計(jì)、實(shí)物圖的連接、實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)等，綜合性強(qiáng)，有一定的難度．