Question

15．小明要測量一個額定電壓為3.8V的小燈泡的額定功率，電路如圖甲所示，估計小燈泡正常工作時的電阻約為20Ω．現(xiàn)有電流表、電壓表、開關、滑動變阻器R₁（10Ω  0.2A）R₂（20Ω  0.5A）、R₃（10Ω  1A）各一個，導線若干，電源電壓為6V．

（1）請用鉛筆畫線代替導線，將實驗電路連接完整．
（2）實驗中，應選擇滑動變阻器R₂接入電路．
（3）小明測得實驗數(shù)據(jù)如表，小剛認為小明測得的實驗數(shù)據(jù)中有一次是不真實的，存在拼湊的嫌疑，請你幫忙找出哪一次并說明理由？第一次實驗是不真實的，存在拼湊的嫌疑，通過計算滑動變阻器接入電路中的阻值需超過20Ω．

次數(shù)	1	2	3	4
電壓（伏）	2.00	3.40	3.80	4.20
電流（安）	0.18	0.19	0.20	0.22
電阻（歐）	11.11	17.89	19.00	19.09

（4）小李同學做這個實驗時，發(fā)現(xiàn)電壓表的0～15V量程已壞，為了測小燈泡的額定功率，小李設計了另一種實驗方案．已知電阻R的阻值為10歐．
①電路如圖乙所示，連接好電路；
②開關S拔到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開關S拔到位置2，滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂，
先算出R兩端電壓U₀=I₁R（即燈兩端的電壓）和燈泡的電阻R_L=U₀/I₂-I₁再根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，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，為使測量結果更準確，請指出該如何修改實驗方案？
步驟②改為：將開關S撥到位置1，移動滑片P，使I₁R等于3.8V．

Answer 1

分析 （1）小燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表的量程選擇0～15V，據(jù)此連接實物連接圖；
（2）由題知，小燈泡正常工作時的電阻，利用歐姆定律求此時電路中的電流；根據(jù)串聯(lián)電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出滑動變阻器連入電阻，進而確定合適的滑動變阻器；
（3）滑動變阻器與燈泡串聯(lián)在電路中，求出滑動變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出滑動變阻器連入電阻，根據(jù)滑動變阻器的最大阻值確定哪一次實驗不真實；
（4）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）小燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表的量程選擇0～15V，實物連接圖，如圖所示：

（2）由題知，小燈泡正常工作時的電阻R_L≈20Ω，此時電路中的電流I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{20Ω}$=0.19A，
滑動變阻器兩端的電壓U_R=U-U_額=6V-3.8V=2.2V，
滑動變阻器連入電阻：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.19A}$≈12Ω，
所以應該選擇最大電阻大于10Ω的滑動變阻器R₂；
（3）滑動變阻器與燈泡串聯(lián)在電路中，滑動變阻器兩端的電壓U_R=U-U_額=6V-2V=4V，
滑動變阻器連入電阻：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{4V}{0.18A}$≈22Ω，
由于滑動變阻器的最大阻值為20Ω，
所以第一次的實驗數(shù)據(jù)不真實，存在拼湊的嫌疑；
（4）因為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；
當調節(jié)滑動變阻器使電流表的示數(shù)和R的乘積為3.8V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）如圖所示；
（2）R₂
（3）第一次實驗是不真實的，存在拼湊的嫌疑，通過計算滑動變阻器接入電路中的阻值需超過20Ω；
（4）步驟②改為：將開關S撥到位置1，移動滑片P，使I₁R等于3.8V．

點評 本題考查了測定小燈泡額定功率的實驗，涉及到并聯(lián)電路的電壓特點和歐姆定律的應用、電功率公式的應用，關鍵是知道燈泡的電阻與溫度有關，注意等效法的應用．