Question

3．在測定額定電壓為3.8V的小燈泡（電阻大約為10Ω）額定功率的實驗中，小明連接了如圖甲所示的電路，其中電源電壓為6V且保持不變．

（1）請將實物電路連接完整（要求：滑動變阻器的滑片向左移動時小燈泡變亮）．
（2）在連接電路時，開關(guān)必須斷開，若有A（5Ω1A）、B（10Ω0.5A）和C（15Ω0.2A）三個滑動變阻器可供選擇，則應該變阻器B（填“A”、“B”或“C”）連入電路，才能保證實驗順利進行．
（3）閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P的過程中，觀察到電流表示數(shù)幾乎接近最大值時，小燈泡仍然不亮，且電壓表無示數(shù)，其原因可能是小燈泡短路．
（4）排除故障后，閉合開關(guān)，移動滑片P至電壓表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的實際功率小于額定功率（填“大于”、“小于”、“等于”）；在此基礎上，為了能測量小燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片向A（選填“A”或“B”）端滑動，燈泡正常發(fā)光時電流表的示數(shù)如圖丙為0.3A，則燈泡的額定功率為1.44W．
（5）為了考察同學們的能力，老師拿來了一個已知額定電流為0.2A，但額定電壓未知的小燈泡，一個已知阻值為R的電阻，一個滑動變阻器，兩個開關(guān)S₁、S₂．電源電壓未知，為同學們設計了如圖丁所示的電路來測量小燈泡的額定功率，請你將下列實驗步驟補充完整：
①閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂（填開關(guān)S、S₁、S₂的通斷情況），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為0.2R；
②閉合開關(guān)S、S₂，斷開S₁，保持滑動變阻器的滑片不動（選填“適當調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片”“保持滑動變阻器的滑片不動”），讀出電壓表的示數(shù)為U；
③燈泡額定功率的表達式為：P=0.2A×（U-0.2R）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓和燈泡電阻的大約值求出燈泡額定電流的大約值，且與燈泡串聯(lián)；滑動變阻器的滑片向左移動時小燈泡變亮，說明滑片向左移動，滑動變阻器接入電路的阻值減小，故將滑動變阻器的左下接線柱接入電路．
（2）連接電路時，開關(guān)要斷開；由串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值，然后根據(jù)該阻值選擇滑動變阻器；
（3）閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P的過程中，觀察到電流表示數(shù)幾乎接近最大值時，說明電路電阻太小，然后根據(jù)燈泡不亮和電壓表無示數(shù)確定具體故障的位置；
（4）根據(jù)電壓表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓表的示數(shù)，然后根據(jù)燈泡兩端電壓與額定電壓的關(guān)系可知燈泡是否正常發(fā)光，從而確定實際功率與額定功率的關(guān)系；
為使燈泡正常發(fā)光，應移動滑動變阻器滑片使燈泡兩端電壓為額定電壓，據(jù)此根據(jù)串聯(lián)電路分壓的規(guī)律確定滑片移動的方向；
根據(jù)圖丙電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電流表的示數(shù)，然后根據(jù)P=UI可以求出燈泡電功率．
（5）測燈泡功率需要測出燈泡額定電流對應的額定電壓，根據(jù)實驗原理與實驗步驟分析答題．

解答 解：（1）燈泡的額定電流約為$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A＜0.6A，所以電流表的量程為0～0.6A，且與燈泡串聯(lián)；使滑動變阻器的左下接線柱與燈泡的右接線柱相連；如下圖所示：

（2）在連接電路時，開關(guān)必須斷開；
當燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端電壓：U_滑=U-UL=6V-3.8V=2.2V，
由I=$\frac{U}{R}$得：滑動變阻器接入電路的阻值
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω＞5Ω，滑動變阻器應選B．
（3）閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片P的過程中，觀察到電流表示數(shù)幾乎接近最大值時，說明電路電阻太小，燈泡始終不亮，電壓表示數(shù)為零，說明燈泡被短路；
（4）根據(jù)圖乙可知，電壓表的量程為0～15V，分度值為0.5V，示數(shù)為2.5V＜3.8V，因此燈泡的實際功率小于額定功率；
要使燈泡正常發(fā)光，需增大燈泡兩端電壓，減小滑動變阻器兩端電壓，故需減小滑動變阻器接入電路的阻值，故將滑片向A端移動；
根據(jù)圖丙可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A；
燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（5）①閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為0.2R；
②閉合開關(guān)S、S₂，斷開S₁，保持滑動變阻器的滑片不動，讀出電壓表的示數(shù)為U；
③燈泡額定功率的表達式：P=0.2A×（U-0.2R）．
故答案為：（2）斷開；B；（3）小燈泡短路；（4）小于；A；0.3；1.14；（5）①閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂；0.2R；②保持滑動變阻器的滑片不動；③0.2A×（U-0.2R）．

點評 本題考查了實驗注意事項、連接實物電路圖、滑動變阻器的選擇、電路故障分析、實驗數(shù)據(jù)處理、滑動變阻器的作用、額定功率的計算以及設計實驗等，是實驗的�？紗栴}，一定要掌握；連接實物電路圖時，要注意電表量程的選擇．