Question

20．在測定“小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，已知電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V（正常發(fā)光時(shí)電阻約為20Ω），滑動變阻器上標(biāo)有“50Ω 1A”字樣．如圖1

（1）實(shí)驗(yàn)中，小王同學(xué)閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，且電壓表有明顯示數(shù)，電流表無示數(shù)，則故障的原因可能是燈泡斷路；
（2）故障排除后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片到某一點(diǎn)，電壓表的示數(shù)為2V，要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向右端滑動（選填“左”或“右”）；
（3）小紅同學(xué)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束與同學(xué)討論時(shí)說：“該實(shí)驗(yàn)電路也可以用來研究電流與電壓的關(guān)系”．小紅的說法是否正確，為什么？不正確、燈絲電阻隨溫度的變化而變化．
（4）若電壓表的0～15V 量程已損壞，只能使用0～3V 量程，其它器材不變，如何測出小電燈的額定功率？在圖2虛線框中畫出測量電路圖；
（5）若實(shí)驗(yàn)中電流表壞了，為了測量小燈泡的額定功率，小明選用一個(gè)R₀=15Ω的電阻，設(shè)計(jì)了如圖3的電路及實(shí)驗(yàn)方案：
①調(diào)節(jié)滑片使電壓表的示數(shù)為額定電壓；
②保持滑片位置不變，只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)，測出R₀兩端的電壓U₀，通過計(jì)算得到小燈泡的額定功率．
指出他的設(shè)計(jì)方案中存在的兩個(gè)問題：問題一：R₀的阻值太大，電壓表的示數(shù)無法調(diào)至3.8V；問題二：只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)，電壓表的正負(fù)接線柱接反，無法測出R₀兩端的電壓．

Answer 1

分析 （1）燈泡不亮，燈泡可能是短路或斷路．根據(jù)短路或斷路時(shí)，電壓表、電流表的示數(shù)變化情況來確定答案；
（2）根據(jù)電壓表示數(shù)與燈泡額定電壓的關(guān)系確定滑片的移動方向，直到電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓為止；
（3）在研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻的阻值不變，改變電阻兩端的電壓，分析電流和電壓的關(guān)系；而燈絲的電阻隨著溫度變化，不符合該實(shí)驗(yàn)的要求．
（4）0～15V量程已損壞，而燈泡額定電壓為3.8V，超過電壓表的另一量程0～3V；電源電壓是6V，燈泡正常發(fā)光時(shí)，與燈泡串聯(lián)的滑動變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，小于電壓表量程0～3V，因此可以用電壓表測滑動變阻器電壓，以便間接測量燈泡電壓，據(jù)此設(shè)計(jì)電路圖；
（5）根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)分析燈泡是否能夠正常發(fā)光；
電壓表并聯(lián)在電路中，電流應(yīng)由正接線柱流入，負(fù)接線柱流出．

解答 解：（1）燈泡不亮，電流表無示數(shù)說明電路斷路，電壓表有示數(shù)說明燈泡斷路；
（2）由題意知，電壓表示數(shù)是2V＜3.8V，因此滑動變阻器滑片應(yīng)向右端移動，減小滑動變阻器接入電路阻值，減小分壓，增大燈泡分壓，直到電壓表示數(shù)為燈泡額定電壓3.8V為止；
（3）這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能用來研究電流與電壓的關(guān)系，因?yàn)闊艚z的電阻隨溫度的升高而增大，而電流與電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要控制電阻值大小不變．
（4）電壓表大量程損壞，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，變阻器兩端的電壓為：U_滑=6V-3.8V=2.2V，所以可將電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，接線選用小量程，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，可使燈泡正常工作；電路圖設(shè)計(jì)如下：

（5）由題意知，電源電壓約為3V，燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻約為8Ω，當(dāng)變阻器電阻為零時(shí)，設(shè)燈泡兩端的電壓為U，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)：
$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{3V-U}{{R}_{0}}$
即$\frac{U}{8Ω}$=$\frac{3V-U}{5Ω}$
解得：U≈1.8V，所以無論怎樣調(diào)節(jié)變阻器，都不能使燈泡正常發(fā)光；
保持滑片位置不變，只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)，電壓表的正負(fù)接線柱接反，無法測出R₀兩端的電壓．
故答案為：（1）燈泡斷路；（2）右；（3）不正確；燈絲電阻隨溫度的變化而變化；（4）見上圖；（5）R₀ 的阻值太大，電壓表的示數(shù)無法調(diào)至3.8V；只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)，電壓表的正負(fù)接線柱接反，無法測出R₀兩端的電壓．

點(diǎn)評 本題是測量小燈泡的額定功率實(shí)驗(yàn)，考查了電路的連接、電路故障的分析、電流表的讀數(shù)及電功率的計(jì)算，同時(shí)考查了對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分析，關(guān)鍵掌握測量的原理及電表的使用方法．