Question

12．在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，已連接的部分電路如圖a所示．圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V”字樣．

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實物電路連接完整．
（2）正確連接實驗電路后，開關(guān)試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，其故障原因可能是燈泡斷路．
（3）故障排除后開始實驗，當變阻器滑片滑到圖示位置時，電壓表的示數(shù)為3.0V，接著應(yīng)將滑片向右滑動，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）實驗時某小組學生發(fā)現(xiàn)電流表損壞，他們想設(shè)計一個不用電流表測定該小燈泡額定功率的實驗，于是向老師要了一個R₀的定值電阻（阻值適當），借助原有的實驗器材，順利完成了實驗，接入由你來做實驗，要求電路只連接一次，請設(shè)計實驗方案．
①如圖c的實驗電路圖．
②簡述實驗步驟．斷開開關(guān)，保持滑動變阻器滑片位置不變，將電壓表與R₀并聯(lián)，讀出電壓表示數(shù)U．（用相應(yīng)的字母表示測出得出物理量）
③寫出燈泡額定功率的表達式P_額=$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)額定電壓確定電壓表的量程，將電壓表并聯(lián)在燈的兩端；變阻器接線柱要一上一下，與燈串聯(lián)；
（2）根據(jù)燈的電壓表有示數(shù)，說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，據(jù)此分析故障的可能原因；
（3）根據(jù)分壓原理確定滑片移動 的方向；認清電流表小量程的分度值讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（4）由圖知，燈泡與定值電阻、滑動變阻器串聯(lián)組成電路，利用電壓表分別測出燈泡和定值電阻兩端電壓以及燈泡兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑動變阻器使燈泡兩端的電壓達到額定電壓，然后測出定值電阻和燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流的特點和歐姆定律求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，利用P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）小燈泡上只能看到“3.8V”字樣，即燈的額定電壓為3.8V，所以電壓表應(yīng)選用大量程，變阻器接線柱要一上一下，與燈串聯(lián)，如下圖所示；

（2）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明某處發(fā)生了斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通，所以，正確連接實驗電路后，開關(guān)試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是與電壓表并聯(lián)的燈泡出現(xiàn)了斷路．
（3）電壓表的示數(shù)為3.0V小于燈的額定電壓，所以應(yīng)增大燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以，應(yīng)將滑片向右移動，直至燈泡兩端電壓為額定電壓；
電流表的小量程分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，燈的額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52A；
（4）②實驗步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；
故答案為：（1）如上圖所示；（2）燈泡斷路；（3）右；1.52；（4）②斷開開關(guān)，．保持滑動變阻器滑片位置不變，將電壓表與R₀并聯(lián)，讀出電壓表示數(shù)U；③$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題測量小燈泡的額定功率，考查電路的連接、常見故障的分析、操作過程、功率的計算，影響電阻大小的因素等知識，是中考的熱點問題．