Question

20．在測量“小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電流為0.3A，燈絲阻值在10～15Ω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（“5Ω2A”、“20Ω1A”各一個(gè)），導(dǎo)線若干．
（1）圖甲是小明沒有連接完的實(shí)物電路，請你用筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)物圖補(bǔ)充完整．

（2）小明選用的滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為20Ω1A．
（3）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．讀數(shù)為4V，小燈泡的額定功率為1.2W．
（4）小紅沒用電壓表，但多用了一個(gè)開關(guān)，其他器材與小明的相同，也測出了小燈泡的額定功率．請?jiān)趫D丙虛線框內(nèi)畫出她設(shè)計(jì)的電路圖，并寫出實(shí)驗(yàn)步驟及測定額定功率的表達(dá)式．
實(shí)驗(yàn)步驟：①按電路圖2連接實(shí)物電路圖；
②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；
③滑片位置不動(dòng)，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
④求燈泡額定功率．．
表達(dá)式：P_額=（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W．
（5）另一組的小華剛連接完最后一根導(dǎo)線，立即看到燈泡發(fā)出明亮的光．在一旁的小張一驚，提醒小華，小華想，我的實(shí)驗(yàn)連線沒有出問題啊！請你說出小華在實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)操作不當(dāng)之處：①連接電路時(shí)，開關(guān)沒有斷開，②滑動(dòng)變阻器滑片沒有置于阻值最大處．
（6）某同學(xué)在連接電路后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P過程中發(fā)現(xiàn)，燈泡變亮?xí)r，電壓表示數(shù)反而減小，燈泡變暗時(shí)，電壓表示數(shù)反而增大，經(jīng)檢查所有器材均完好，你認(rèn)為原因可能是電壓表測滑動(dòng)變阻器兩端的電壓了．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電壓表連線不完整，根據(jù)題意確定電壓表量程，電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)．
（2）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)變阻器的規(guī)格．
（3）由圖乙確定電壓表量程與分度值，讀出電壓表示數(shù)，然后由電功率公式P=UI求出燈泡的功率．
（4）燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，用電流表測流過電路的電流，由串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律求出流過燈泡電流為燈泡額定電流時(shí)，燈泡兩端電壓，然后由P=UI求出燈泡額定功率．
（5）連完最后一根導(dǎo)線，燈立即發(fā)光，說明開關(guān)是閉合的；發(fā)出明亮的光，說明電路中的電流較大，電阻較小，據(jù)此可分析原因．
（6）測燈泡額定功率實(shí)驗(yàn)中，燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)；燈泡兩端電壓越大，燈泡實(shí)際功率越大，燈泡越亮，滑動(dòng)變阻器兩端電壓越��；燈泡兩端電壓越小，燈泡實(shí)際功率越小，燈泡越暗，滑動(dòng)變阻器兩端電壓越大；根據(jù)題意與串聯(lián)電路特點(diǎn)分析答題．

解答 解：（1）根據(jù)U=IR=0.3A×15Ω=4.5V，電壓表量程是0～15V，電壓表與燈泡并聯(lián)，電路圖如圖所示．

（2）電路電流為燈泡額定電流0.3A時(shí)，由U=IR可知，燈泡兩端電壓約為3V～4.5V，
此時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈，滑動(dòng)變阻器兩端電壓約為1.5V～3V，
由R=$\frac{U}{I}$可知，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值約為5Ω～10Ω，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇“20Ω  1A”；
（3）由圖乙知，電壓表量程是0～15V，分度值是0.5V，電壓表示數(shù)是4V，
燈泡額定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（4）電路圖如圖2所示；
實(shí)驗(yàn)步驟：①按電路圖2連接實(shí)物電路圖；
②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；
③滑片位置不動(dòng)，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
④求燈泡額定功率．
燈泡額定功率：
1、滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$；
2、滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=0.3A×R_滑=0.3A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{1.8W}{I}$；
3、燈泡兩端電壓U_燈=U-U_滑=6V-$\frac{1.8W}{I}$；
4、燈泡額定功率P=I_燈U_燈=0.3A×（6V-$\frac{1.8W}{I}$）=（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W；
（5）連完最后一根導(dǎo)線，燈泡立即發(fā)出明亮的光，說明開關(guān)已閉合，且電路中電阻較小，原因?yàn)椋孩龠B接電路時(shí)，開關(guān)沒有斷開；②滑動(dòng)變阻器滑片沒有置于阻值最大處；
（6）燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，燈泡兩端電壓越大，燈泡實(shí)際功率越大，燈泡越亮，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓越小，
移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P過程中發(fā)現(xiàn)，燈泡變亮，燈泡兩端電壓變大，滑動(dòng)變阻器兩端電壓減小，電壓表示數(shù)減小，
這說明電壓表接在滑動(dòng)變阻器兩端，測滑動(dòng)變阻器兩端電壓．
故答案為：（1）實(shí)物電路圖如圖甲所示；（2）“20Ω 1A”；（3）4；1.2；（4）實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示：①按電路圖2連接實(shí)物電路圖；
②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；
③滑片位置不動(dòng)，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
④求燈泡額定功率．（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W
（5）①連接電路時(shí)開關(guān)沒有斷開；②滑動(dòng)變阻器的阻值沒有調(diào)到最大處；（6）電壓表測滑動(dòng)變阻器兩端的電壓了．

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，低（4）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)．