Question

6．同學(xué)們測量“小燈泡的電功率”．已知小燈泡的額定電流為0.3A，燈絲阻值在10一15Ω之間．所提供的器材有：電流表、電壓表、電源（電壓恒為6V）、開關(guān)各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器 （“5Ω 2A”、“20Ω  1A”）各一個(gè)，導(dǎo)線若干．
（1）請你用筆畫線將圖甲所示的電路連接完整．

（2）小聰按甲圖連接好電路后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，則故障的原因可能是：燈泡斷路．
（3）實(shí)驗(yàn)中需要一個(gè)規(guī)格合適的滑動(dòng)變阻器，請你選擇正確的滑動(dòng)變阻器并說出選擇的理由；
（4）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.3A時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，小燈泡的額定功率為1.2W．
（5）小明沒用電壓表，但多用了一個(gè)開關(guān)，其它器材與小聰?shù)南嗤�，也測出了小燈泡的額定功率．請?jiān)谌鐖D丙的方框內(nèi)畫出他設(shè)計(jì)的電路圖并寫出表達(dá)式：P_額=$\frac{1.8（I-0.3）}{I}$W．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)P=I²R求出燈泡額定功率的最大值，然后利用P=UI求出燈泡的額定電壓，從而確定電壓表的量程；使燈泡、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)連接，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端．
（2）燈泡不亮、電流表無示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連．
（3）求出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，根據(jù)該阻值選擇滑動(dòng)變阻器．
（4）根據(jù)電壓表量程由圖乙所示電壓表確定其分度值，讀出電壓表示數(shù)，由P=UI求出燈泡額定功率．
（5）利用開關(guān)的斷開和閉合，先后測出燈泡正常工作時(shí)的電流和只有變阻器時(shí)的電流，據(jù)此設(shè)計(jì)電路，利用歐姆定律和電阻的串聯(lián)求出阻值．

解答 解：（1）燈泡額定功率的最大值：P=I²R=（0.3A）²×15Ω=13.5W；
由P=UI可知，燈泡的額定電壓：U=$\frac{P}{I}$=$\frac{13.5V}{0.3A}$=4.5V，因此電壓表的量程選擇0～15V；
使燈泡、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)連接，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端；如下圖所示：

（2）燈泡不亮、電流表無示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連；因此電路故障為燈泡斷路；
（3）由I=$\frac{U}{R}$可知，燈泡正常發(fā)光時(shí)，電路中的總電阻：R=$\frac{{U}_{總}}{I}$=$\frac{6V}{0.3A}$=20Ω；
由于燈泡電阻的最大阻值為15Ω，所以變阻器的阻值應(yīng)大于5Ω，故選擇20Ω  1A的變阻器；
（4）電壓表量程為0～15V，由圖乙所示電壓表可知其分度值為0.5V，示數(shù)為4V，則燈泡額定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（5）電路圖如圖所示：

設(shè)閉合開關(guān)S₁、斷開S₂，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.3A；
滑片位置不動(dòng)，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
則1、滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$；
2、開關(guān)S₁閉合、S₂斷開，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=0.3A×R_滑=0.3A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{1.8}{I}$V；
3、燈泡兩端電壓U_燈=U-U_滑=6V-$\frac{1.8}{I}$V；
4、燈泡額定功率P=I_燈U_燈=0.3A×（6-$\frac{1.8}{I}$）V=$\frac{1.8（I-0.3）}{I}$W．
故答案為：（2）燈泡斷路；（3）由于燈泡電阻的最大阻值為15Ω，所以變阻器的阻值應(yīng)大于5Ω，故選擇20Ω  1A的變阻器；（4）1.2；（5）P=$\frac{1.8（I-0.3）}{I}$W．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接電路圖、實(shí)驗(yàn)器材的選擇、電壓表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)電路圖及實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)等問題，最后一問設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)步驟難度較大，是本題的難點(diǎn)．