Question

19．某班同學到實驗室做“測定小燈泡額定功率”的實驗．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開關各一個，導線若干，滑動變阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω  1A）．同學們設計的電路如圖所示：
（1）電壓表應選用0～15V量程，滑動變阻器應選用R₂（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）
（2）實驗電路接好后，合上開關時，部分同學發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，請根據(jù)現(xiàn)象和檢測結(jié)果指出故障的可能原因：

故障現(xiàn)象	檢測	故障原因
①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變

現(xiàn)象①的故障為：滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱．
現(xiàn)象②的故障為：燈泡斷路．
（3）下表為某小組的實驗記錄分析表：

實驗序號	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	$\frac{1.08+1.52+1.89}{3}$ P額═1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老師認為該小組數(shù)據(jù)處理過程有誤，你認為錯誤之處是：把不同電壓下燈泡實際功率的平均值作為額定功率，正確測量結(jié)果P額=1.52W．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程；由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動變阻器串聯(lián)在約為6V的電源上，燈泡正常工作時，求得滑動變阻器電壓，求得燈泡正常工作時的電流，即滑動變阻器電流，根據(jù)R=UI計算需要的滑動變阻器的最小電阻．由此選擇合適的滑動變阻器；
（2）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變，說明滑動變阻器不能改變接入電路中的電阻，原因是滑動變阻器接錯；
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)說明電路斷路；取下燈泡，兩表的示數(shù)不變說明燈泡斷路；
③燈泡不亮、電壓表無示數(shù)、電流表有示數(shù)，說明電路短路；取下燈泡，兩表的示數(shù)不變說明燈泡短路．
（3）燈泡在額定電壓下的功率是額定功率，不能把不同電壓下燈泡實際功率的平均值作為額定功率．

解答 解：
（1）燈泡額定電壓是3.8V，因此電壓表應選0～15V量程；
燈泡正常工作時，電路電流約為I=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
滑動變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動變阻器電阻為：R′=$\frac{U′}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω，所以滑動變阻器應選R₂（10Ω 0.5A）．
（2）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變，故障原因是：滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱；
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)，取下燈泡，兩表的示數(shù)不變故障原因是：燈泡斷路．
（3）由表格可知，該小組把燈泡在不同電壓下的實際功率的平均值作為燈泡額定功率，這是錯誤的，
由表中數(shù)據(jù)可知，燈泡在額定電壓3.8V下的功率是1.52W，因此燈泡的額定功率是1.52W．
故答案為：（1）0～15V；R₂；（2）①滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱；②燈泡斷路；（3）把不同電壓下燈泡實際功率的平均值作為額定功率；1.52．

點評 本題考查了選擇電壓表量程、選擇滑動變阻器、故障判斷和實驗數(shù)據(jù)分析等問題，應根據(jù)燈泡額定電壓選擇電壓表量程，根據(jù)燈泡正常工作時滑動變阻器接入電路的阻值選擇滑動變阻器的規(guī)格．