Question

17．按圖1所示的電路圖做“測量小電燈的功率”的實驗．所用器材有：標(biāo)有“3.8V”字樣的待測小電燈、電壓恒為6V 的電源、標(biāo)有“20Ω 1A”的滑動變阻器、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）、開關(guān)及導(dǎo)線若干．


（1）某學(xué)生按圖連接電路后，閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片由最右端移到最左端時，燈始終不亮，電壓表有較大的示數(shù)，電流表示數(shù)為零．經(jīng)檢查，導(dǎo)線連接完好，則電路故障是：小電燈斷路．排除該故障換用新元件后，閉合開關(guān)時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過程中的不當(dāng)之處是：閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處．
（2）小明同學(xué)按電路圖正確連接電路后，閉合開關(guān)，從大到小調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，并將正確操作下的電壓表和電流表的示數(shù)填入下表．

電壓表的示數(shù)U/V	電流表的示數(shù)I/A	小電燈的功率P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通過上表數(shù)據(jù)，可算得小電燈的額定功率為1.14W，還可得出關(guān)于燈絲電阻的結(jié)論是：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②當(dāng)小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.3Ω．
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V 電源的兩端，兩燈消耗的總功率為1.5W．
（3）若電壓表的0～15V 量程已損壞，只能使用0～3V 量程，其它器材不變，如何測出小電燈的額定功率？
①在圖2虛線框中畫出測量電路圖；
②若小電燈兩端最大可加4.5V電壓，為保證實驗時你所設(shè)計的測量電路中各元件的安全，參照小明的實驗數(shù)據(jù)，估算滑動變阻器接入電路的阻值范圍應(yīng)為4.7Ω～12Ω．
（4）最后歸納時，老師告訴同學(xué)們，電壓表的內(nèi)阻很大，它并聯(lián)在電路中時，只有極小的電流通過電壓表，可以忽略不計，我們就是用上述方法測量小燈泡電功率的，假如考慮了電流通過電壓表的影響．你們測量的小燈泡額定功率比小燈泡真實的額定功率偏大 （選填“偏大”、“偏小”、“相等”）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖可知，閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，根據(jù)燈泡的是否發(fā)光和電壓表的示數(shù)確定電路故障；
（2）①當(dāng)燈泡兩端電壓為額定電壓時，燈泡的實際功率等于燈泡的額定功率，由表格根據(jù)P=UI計算額定功率；根據(jù)R=$\frac{U}{I}$分析燈泡電阻得出結(jié)論；
②根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器連入阻值；
③根據(jù)串聯(lián)電路特點，由表格數(shù)據(jù)根據(jù)P=UI計算兩燈的總功率；
（3）①0～15V量程已損壞，而燈泡額定電壓為3.8V，超過電壓表的另一量程0～3V；電源電壓是6V，燈泡正常發(fā)光時，與燈泡串聯(lián)的滑動變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，小于電壓表量程0～3V，因此可以用電壓表測滑動變阻器電壓，以便間接測量燈泡電壓，據(jù)此設(shè)計電路圖；
②若小電燈兩端最大可加4.5V電壓，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器連入阻值；
（4）要判斷小燈泡額定功率的大小，需判斷出小燈泡兩端的電壓和電流測量產(chǎn)生的誤差，從而可判斷出功率的誤差．

解答 解：（1）閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)，說明電路故障為斷路，并且電壓表與電源兩極相連，故小電燈斷路；
開關(guān)時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過程中的不當(dāng)之處是：閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處，使燈泡電壓超過額定電壓而燒壞；
（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知：當(dāng)燈泡兩端電壓為3.8V時，燈泡的實際功率等于額定功率，
所以P_額=P₄=U₄I₄=3.8V×0.3A=1.14W，即1.14W；
由表中數(shù)據(jù)及R=$\frac{U}{I}$可知，隨小電燈電壓的增大，小電燈電阻變大，這是因為：隨電壓增大、電流隨之增大，小電燈的實際功率P=UI也增大，燈的溫度升高，由此可見：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②根據(jù)串聯(lián)電路特點，由表格數(shù)據(jù)燈泡正常發(fā)光時，U_滑=U-U_額=6V-3.8V=2.2V，
此時滑動變阻器連入的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.30A}$≈7.3Ω；
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端時，兩燈電壓都為3V，由表格數(shù)據(jù)此時通過兩個燈泡的電流為I₃=0.25A，
所以兩燈的總功率：P_總=U_總I₃=6V×0.25A=1.5W；
（3）①電源、開關(guān)、滑動變阻器、燈泡、電流表組成串聯(lián)電路，電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端，如圖所示：
；
②若小電燈兩端最大可加4.5V電壓，此時變阻器電壓最小為U_滑′=6V-4.5V=1.5V，
由表格數(shù)據(jù)此時電路中電流I₅=0.32A，所以此時滑動變阻器連入阻值為：R_滑′=$\frac{{U}_{滑}′}{{I}_{5}}$=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
為使電路安全電壓表示數(shù)最大為3V，燈泡電壓也為3V，由表格可知此時電路中電流為I₃=0.25A，此時變阻器連入阻值為R_滑″=$\frac{{U}_{滑}″}{{I}_{3}}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω，
所以滑動變阻器接入電路的阻值范圍應(yīng)為4.7Ω～12Ω；
（4）若考慮電壓表的電流，在測量中小燈泡兩端的電壓是正確的，而電流表的數(shù)值是小燈泡的電流和電壓表的電流和，所測電流值偏大，根據(jù)公式P=UI得，燈泡的功率偏大．
故答案為：（1）小電燈斷路；閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；（2）①1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.3Ω；③1.5；（3）①見上圖；②4.7Ω～12Ω；（4）偏大．

點評 本題考查了故障分析、求功率、求電阻阻值、設(shè)計實驗電路圖等問題，求滑動變阻器接入電路的阻值范圍有一定難度；解題時要認真、細心答題．