Question

6．為了測(cè)小燈泡的額定功率，被測(cè)小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓約為6V左右）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開(kāi)關(guān)各一只，導(dǎo)線(xiàn)若干，滑動(dòng)變阻器兩只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）．
（1）請(qǐng)你說(shuō)出在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器所起作用是：
①保護(hù)電路 和調(diào)節(jié)燈泡兩端電壓使之達(dá)到額定電壓；
②本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R₂（選填“R₁”或“R₂”）．
（2）實(shí)驗(yàn)電路接好后，合上開(kāi)關(guān)時(shí)，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下列情況，請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)象指出故障的可能原因：
①連接好電路，閉合開(kāi)關(guān)后，看到電壓表指針如圖甲偏轉(zhuǎn)：電壓表量程選小了．
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無(wú)示數(shù)．取下燈泡，兩表的示數(shù)不變：燈泡處發(fā)生斷路．
（3）排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)電壓表的0～15V量程已壞，為了測(cè)小燈泡的額定功率，姚勝小組設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)方案．（電阻R的阻值已知，電源電壓未知）
①電路如圖乙所示，連接好電路；
②開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開(kāi)關(guān)S拔到位置2，滑片位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂．
先算出燈泡的電阻和R兩端電壓，再根據(jù)P₀=$\frac{{U}_{0}^{2}}{{R}_{L}}$，計(jì)算燈泡的額定功率．他們按此方案測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡額定功率只需將上述步驟①（填序號(hào)）改為開(kāi)關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P使電流表示數(shù)I₁=$\frac{3.8V}{R}$；燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆治鲎冏杵鞯淖饔�；根�?jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算燈泡正常工作時(shí)變阻器連入阻值，從而選擇變阻器規(guī)格；
（2）①由圖甲分析故障原因；②燈泡不亮可能是燈泡短路或燈泡斷路或燈泡以外的電路斷路；取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以確定故障原因；
（3）由電路圖可知，實(shí)驗(yàn)用了等效替代法求燈的電阻，但因原操作中，沒(méi)有使燈正常發(fā)光，所以求出的電阻不等于正常發(fā)光時(shí)的電阻，由此分析解答．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器所起作用：
①閉合開(kāi)關(guān)前，為防止電路中電流過(guò)大，損壞電路元件，應(yīng)將變阻器的滑片滑到最大值處；②為測(cè)定小燈泡的額定功率，應(yīng)調(diào)節(jié)滑片使燈泡兩端電壓達(dá)到額定電壓3.8V；
燈泡正常發(fā)光時(shí)電壓3.8V，電流約為I=$\frac{U}{R}=\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，此時(shí)變阻器連入電路中的電阻R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{6V-3.8V}{0.38A}$=5.8Ω，所以應(yīng)選擇10Ω 0.5A的滑動(dòng)變阻器；
（2）①由圖甲可知，電壓表指針偏轉(zhuǎn)到了最大值了，所以原因是電壓表使用了0-3V量程，應(yīng)使用0-15V量程；
②燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，把燈泡取下，兩表的示數(shù)不變，所以燈泡斷路；
（3）因?yàn)闊襞蓦娮桦S溫度的變化而變化，題中移動(dòng)滑片P至任一位置所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值不相等，所以，根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實(shí)值相差較大；
針對(duì)上述分析中存在的問(wèn)題．要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟②改為：開(kāi)關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為I₁$\frac{{U}_{0}}{R}=\frac{3.8V}{R}$為止（此時(shí)燈一定正常發(fā)光），讀出電流表示數(shù)I₁；
所以燈泡的額定功率為P_額=U_額I=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）
故答案為：
（1）保護(hù)電路和調(diào)節(jié)燈泡兩端電壓使之達(dá)到額定電壓；R₂；
（2）①電壓表量程選小了；②燈泡處發(fā)生斷路；
（3）①；開(kāi)關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P使電流表示數(shù)I₁=$\frac{3.8V}{R}$；P_額=U_額I=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)小燈泡的額定功率，考查器材的選擇、操作的過(guò)程、常見(jiàn)故障的分析與判斷及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估能力和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的能力．