Question

5．小冬按如圖所示電路圖做“測量燈泡的電功率”的實驗，實驗室可提供下列器材
A．電流表B．電壓表
C．滑動變阻器R（阻值0-20Ω）
D．電阻為10Ω的待測燈泡L（電阻不隨溫度變化）
E．電源E（電壓4.5V并保持不變）
F．開關(guān)S及導(dǎo)線若干
（1）根據(jù)電路圖和實驗室提供的器材，可判斷出實驗時通過燈泡的最小電流0.15A．
（2）若小冬所選電壓表的量程為0-3V，電流表的量程為0-0.6A，實驗要求測量時通過燈泡的電流至少為電流表滿刻度的三分之一，則測出燈泡的功率范圍是0.4～0.9W．
（3）小冬按電路圖連接好電路后進行實驗，由于電路中某一處有故障，當閉合開關(guān)時電壓表無示數(shù)，為查出電路故障，小冬進一步觀察并檢查電路，當檢查到電源開關(guān)、電壓表、電流表、導(dǎo)線及其連線都完好時，小冬結(jié)合前面的觀察就可判斷出電路的故障，如果小冬觀察到電流表無示數(shù)，則故障是滑動變阻器斷路，如果小冬觀察到電流表有示數(shù)，則故障是燈泡短路．
（4）排除故障后，小冬繼續(xù)進行實驗，在對測量數(shù)據(jù)的記錄和處理中，他設(shè)計了如下表格，你認為這張表格的設(shè)計錯誤（選填“正確”或“錯誤”）的．

次數(shù)	U/V	I/A	P/W	平均值P/W
1
2
3

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，當滑動變阻器接入電路的電阻最大時，電路中的電流最小，根據(jù)電阻的串聯(lián)特點和歐姆定律求出通過燈泡的最小電流．
（2）當電壓表為滿量程的$\frac{1}{3}$時，電流表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．如果電流表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電壓表示數(shù)為燈泡的最小電壓，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最小功率，否則不符合要求．
當電流表為滿量程的$\frac{1}{3}$時，電壓表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．如果電壓表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電流表示數(shù)為燈泡的最小電流，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最小功率，否則不符合要求．
當電壓表為滿量程時，電流表的指針是否在13量程以上．如果電流表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電壓表示數(shù)為燈泡的最大電壓，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最大功率，否則不符合要求．
當電流表為滿量程時，電壓表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．如果電壓表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電流表示數(shù)為燈泡的最大電流，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最大功率，否則不符合要求．
（3）由題意知，電源、開關(guān)、電壓表、電流表、導(dǎo)線及其連接都完好，不存在電路故障，電路只有一處故障，電路故障只能出現(xiàn)在燈泡或滑動變阻器處；如果電流表無示數(shù)，電壓表無示數(shù)，則可能是滑動變阻器斷路造成的，如果電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，可能是燈泡短路造成的．
（4）燈泡兩端電壓增大，電流增大，功率增大，設(shè)計功率的平均值是錯誤的．

解答 解：（1）當滑動變阻器的滑片P位于右端時，電路電阻最大為：R=R'+R_L=20Ω+10Ω=30Ω，
所以電路最小電流為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{4.5V}{30Ω}$=0.15A．
（2）當燈泡兩端電壓為1V時（$\frac{1}{3}$量程），燈泡電流為：I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{L}}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A＜0.2A（$\frac{1}{3}$量程），不符合題意．
當燈泡中的電流為0.2A時（$\frac{1}{3}$量程），燈泡電流為U₁′=I₁′R_L=0.2A×10Ω=2V＞1V（$\frac{1}{3}$量程），符合題意，
所以，0.2A為燈泡的最小電流，
燈泡的最小功率為：P₁=U₁′I₁′=2V×0.2A=0.4W．
當燈泡中的電流為0.6A時（滿量程），燈泡電壓為：U₂′=I₂′R_L=0.6A×10Ω=6V＞3V（滿量程），不符合題意．
當燈泡中的電壓為3V時（滿量程），燈泡電流為：I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A＜0.6A（滿量程），
所以3V為燈泡的最大電壓，
燈泡的最大功率為：P₂=U₂I₂=3V×0.3A=0.9W；   
（3）如果電流表無示數(shù)，則電路存在斷路，電路只有一處故障，故斷路位置可能是燈泡斷路或滑動變阻器斷路，如果燈泡斷路，電壓表與電源兩極相連，電壓表示數(shù)不為零，如果滑動變阻器斷路，電路中無電流，電壓表與電源兩極不能相連，則電壓表示數(shù)為零，由此可見：電路故障是滑動變阻器斷路；如果電流表有示數(shù)，電路不存在斷路，如果燈泡短路，則與燈泡并聯(lián)的電壓表示數(shù)為零，所以電路故障是燈泡短路；
（4）燈泡電壓增大，電流增大，功率增大，設(shè)計功率的平均值一欄是錯誤的．
故答案為：（1）0.15；
（2）0.4～0.9W；
（3）滑動變阻器斷路；燈泡短路；
（4）錯誤．

點評 本題考查了求電路電流、燈泡電阻、電路故障分析等問題，熟練應(yīng)用串聯(lián)電路特點、歐姆定律及電功率公式即可順利解答（1）（2）兩問，電路故障有兩種：斷路或短路，分析電路故障時，要根據(jù)電路故障現(xiàn)象，綜合分析從而得出結(jié)論．