Question

6．在測(cè)“小燈泡的額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，提供的器材有被測(cè)小燈泡（額定電壓為3.7V，額定功率為0.8W）、學(xué)生電源（電壓值為6V）、電流表、電壓表各一個(gè)（為實(shí)驗(yàn)室電表）、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干、滑動(dòng)變阻器規(guī)格為“40Ω、1A”，設(shè)計(jì)的測(cè)量電路如圖1所示，完成下面問(wèn)題：
（1）按正常實(shí)驗(yàn)和量程連接好電路后，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無(wú)示數(shù)，且燈泡完好，則故障的可能原因是AB間有斷路．
（2）故障排除后，閉合開(kāi)關(guān)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P到某一位置，電壓表的示數(shù)如圖2所示，記錄電壓表的數(shù)值是2.5V，要測(cè)量小燈泡的額定功率應(yīng)將滑片P向C端滑動(dòng)（選填“C”或“D”）．
（3）上述實(shí)驗(yàn)有一個(gè)明顯的不足是燈泡的額定電壓不能較準(zhǔn)確測(cè)量，要較準(zhǔn)確測(cè)量應(yīng)該怎樣改進(jìn)電路：電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，此時(shí)電壓表的量程選小量程（選填“大量程”或“小量程”），且滑動(dòng)變阻器的阻值閉合開(kāi)關(guān)前不能（選填“能”或“不能”）至于電阻最大位置．
（4）當(dāng)調(diào)節(jié)滑片P至某一位置，此時(shí)小燈泡工作在額定電壓下，讀取電流表的示數(shù)為0.24A，則小燈泡的額定功率為0.888W．

Answer 1

分析 （1）閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明問(wèn)題出在電壓表兩接線柱之間的電路，由此分析判斷；
（2）明確電壓表選擇的量程和對(duì)應(yīng)的分度值，讀出電壓表示數(shù)時(shí)；要測(cè)量燈泡額定功率，兩端電壓必須等于額定電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓與電阻成正比確定滑片移動(dòng)方向；
（3）由于電壓表使用0-15V量程，分度值較大，測(cè)量誤差較大，由電源電壓和燈泡額定電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)分析解答改進(jìn)措施；
先由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計(jì)算燈泡電阻，再根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算變阻器連入最大值時(shí)變阻器兩端電壓，從而判斷閉合開(kāi)關(guān)前滑片能否置于最大值處；
（4）由P=UI計(jì)算燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）電流表無(wú)示數(shù)，可能是電路中有斷路發(fā)生，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表到電源間是通路，故障的可能原因是電壓表兩接線柱之間的小燈泡斷路或AB間有斷路；
（2）由題知，小燈泡額定電壓為3.7V，由所以電壓表選擇的是0～15V量程，分度值為0.1V，由圖2知，此時(shí)的燈泡兩端電壓為2.5V；
由于燈泡實(shí)際電壓小于額定電壓3.7V，由串聯(lián)電路的分壓原理知，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向C端調(diào)節(jié)，以減小變阻器連入阻值，減小變阻器分壓，從而燈的兩端的電壓增大到3.7V；
（3）由于電壓表使用0-15V量程，分度值較大，測(cè)量誤差較大．
因?yàn)殡娫措妷簽?V和燈泡額定電壓3.7V，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)知燈泡正常工作時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓：
U_滑=U-U_額=6V-3.7V=2.3V＜3V，所以為了更準(zhǔn)確的測(cè)量電壓電壓表使用0-3V量程并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端；
由題知，小燈泡額定電壓為3.7V，額定功率為0.8W，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得燈泡電阻：
R_L=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{{P}_{額}}$=$\frac{（{3.7V）}^{2}}{0.8W}$≈17Ω，
由根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得變阻器連入最大值時(shí)變阻器兩端電壓：
U_R=IR_最大=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{最大}}$×R_最大=$\frac{6V}{17Ω+40Ω}$×40Ω≈4.2V＞3V，
即電壓表示數(shù)會(huì)超過(guò)其量程，故閉合開(kāi)關(guān)前不能將滑動(dòng)變阻器滑片至于電阻最大位置；
（4）小燈泡工作在額定電壓下，電流表的示數(shù)為0.24A，則小燈泡的額定功率為：
P=UI=3.7V×0.24A=0.888W．
故答案為：（1）AB間有斷路；（2）2.5；C；（3）燈泡的額定電壓不能較準(zhǔn)確測(cè)量；電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端；小量程；不能；（4）0.888．

點(diǎn)評(píng) 本題是測(cè)燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)，考查了故障判斷、誤差分析和改進(jìn)措施、串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用以及功率的計(jì)算等，考查全面，綜合性強(qiáng)，是一道好題．