Question

16．在“測量小燈泡功率”的實驗中．

（1）按圖甲正確連接好電路，閉合開關后發(fā)現(xiàn)：小燈泡不亮，電流表示數(shù)為零，而電壓表示數(shù)接近電源電壓，經(jīng)檢查，電流表是完好的，僅滑動變阻器或小燈泡存在故障，則電路中的故障是小燈泡斷路，排除故障后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡仍不亮，電流表指針偏轉(zhuǎn)很小，要使該小燈泡發(fā)光只需向左移動滑動變阻器的滑片．
（2）觀察小燈泡在不同電壓下的高度，讀出電壓表，電流表示數(shù)，實驗記錄見下表：

實驗序號	電壓U/V	電流I/A	小燈泡亮度	實驗功率P/W
①	2	0.18	偏暗	0.36
②	2.5	0.2	正常發(fā)光	0.5
③	3		偏亮

①由表格可知：該小燈泡額定電壓為2.5V．
②當小燈泡兩端電壓為3V時，小燈泡偏亮，小明擔心燈絲會燒斷，于是立即斷開開關，未讀取電流表示數(shù)，同組的小華觀察到當時電流表指針的位置如圖乙所示，則通過小燈泡的電流為0.22A，小燈泡的實際功率為0.66W．
（3）如圖丙是小明重新設計的另一種實驗方案來測定小燈泡的額定功率（電源電壓不變，電阻R=5Ω）．
①電路如圖所示，開關S撥到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
②開關S撥到位置2，變阻器滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂；先算出燈泡的電阻R_；L$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（請你用所測的物理量和已知量的符號表示），再根據(jù)P_額=$\frac{{U}_{{額}^{2}}}{{R}_{L}}$，計算燈泡的額定功率，他按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實驗結果與真實值相差較大，原因是忽略了溫度對燈絲電阻的影響，為了能準確測量燈泡的額定功率，他們只需要將上述步驟①改為將開關S撥到位置1，移動滑片P，使I₁R等于2.5V．

Answer 1

分析 （1）電流表無示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，據(jù)此判斷故障所在；連接電路時，滑動滑動變阻器的滑片置于阻值最大處，要使燈正常發(fā)光，要移動滑片使變阻器連入電路的電阻減�。�
（2）①小燈泡正常發(fā)光時的電壓即為額定電壓；②確定電流表小量程的分度值讀數(shù)，根據(jù)P=UI計算實際功率；
（3）由電路圖可知，R與L并聯(lián)，當開關S拔到位置1時電流表測通過R的電流，當開關S拔到位置2時電流表測電路的總電流，根據(jù)歐姆定律求出并聯(lián)部分的電壓，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點求出通過L的電流，進一步根據(jù)歐姆定律求出燈泡的電阻；因不同電壓下燈泡的電阻不同，所以燈泡的額定功率不能用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出；調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表的示數(shù)和R的乘積為3.8V時可以測出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）閉合開關后，燈不亮，電流表無示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，因此電路故障為與電壓表并聯(lián)的小燈泡斷路．（若滑動變阻器短路，則電流表示數(shù)不為0，燈亮；若滑動變阻器斷路，則電流表無示數(shù)，均與題目不符，排除了變阻器的故障）；
排除故障后，閉合開關，仍發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針偏轉(zhuǎn)很小，說明燈的電壓太小，滑動變阻器連入電路中的電阻太大．為了增大燈泡的電壓，就要減小變阻器兩端的電壓，根據(jù)分壓原理可知，要減小變阻器連入電路中的電阻，所以，需向左移動變阻器的滑片；
（2）①由表格可知，小燈泡正常發(fā)光時的電壓，即額定電壓為2.5V；
②根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，電流表選用的是小量程，電流表小量程的分度值為0.02A，電流表示數(shù)為0.22A，小燈泡的實際功率：P=UI=3V×0.22A=0.66W；
（3）因R與L并聯(lián)，
所以，并聯(lián)部分兩端的電壓U=I₁R，
通過燈泡的電流為I_L=I₂-I₁，
則燈泡的電阻R_L=$\frac{U}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
因燈泡的電阻與溫度有關，
所以，燈泡的額定功率不能用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出；
當調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表的示數(shù)和R的乘積為2.5V時，測出此時電路中的電流并求出通過燈泡的電流，即可利用P=UI求出燈泡的額定功率．
故答案為：（1）小燈泡斷路； 向左移動滑動變阻器的滑片； （2）①2.5； ②0.22； 0.66；（3）$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；忽略了溫度對燈絲電阻的影響；將開關S撥到位置1，移動滑片P，使I₁R等于2.5V．

點評 此題是測量燈泡的電功率實驗，考查了歐姆定律在串聯(lián)電路中的應用，電壓表、滑動變阻器規(guī)格的選擇，同時考查了燈絲電阻與溫度的關系，這些都是實驗中容易忽略的問題，難度較大．