Question

14．小明按如圖所示電路圖做“測量某用電器的電功率”的實驗，實驗室可提供下列器材．
A．電流表　　　
B．電壓表　　　
C．滑動變阻器R（阻值0〜20Ω）
D．電阻為6Ω的待測燈泡L（電阻不隨溫度變化）
E．電源E（電壓4.5V并保持不變）　　　
F．開關(guān)S及導(dǎo)線若干
（1）根據(jù)電路圖和實驗室提供的器材，可判斷出：實驗時通過燈泡的最小電流為0.173A；加在用電器兩端的最大電壓為4.5V；
（2）若小明所選電壓表的量程為0～3V、電流表的量程為0～0.6A，實驗要求測量時通過燈泡的電流至少為電流表滿刻度的三分之一．則測出的燈泡的功率范圍只能是0.24W-1.5W．
（3）小明按電路圖連接好電路后進行實驗，由于電路中某一處有故障，當(dāng)閉合開關(guān)時電壓表無示數(shù)．為查出電路故障，小明進一步觀察并檢查電路．當(dāng)檢查到電源、開關(guān)、電壓表、電流表、導(dǎo)線及其連接都完好時，小明結(jié)合前面的觀察，就可判斷出電路的故障：
如果小明觀察到電流表無示數(shù)，則故障是滑動變阻器斷路；
如果小明觀察到電流表有示數(shù)，則故障是燈泡短路．
（4）排除故障后，小明繼續(xù)進行實驗，在對測量數(shù)據(jù)的記錄和處理時，他設(shè)計了如表．你認為這張表格的設(shè)計是錯誤（選填“正確”或“錯誤”）的．

次數(shù)	電壓U/V	電流I/A	電功率P/W	平均電功率P/W
1
2
3

Answer 1

分析 （1）在電源電壓一定時，滑動變阻器滑片移到右端時，電路電阻最大，電路電流最�。�
當(dāng)滑動變阻器滑片移到左端時只有燈泡接在電源上，燈泡電壓與電源電壓相等；
（2）根據(jù)題意，電路中的最小電流為0.2A，最大電流則由電壓表的小量程決定，根據(jù)P=I²R求出功率的范圍；
（3）電壓表無示數(shù)，有三種情況：
一是與電壓表并聯(lián)的電路短路，電壓表測導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0；
二是電壓表并聯(lián)以外的地方斷路；
三是電路完好，電壓表壞了．
具體是何故障，由電流表示數(shù)判斷，經(jīng)檢查，電源、開關(guān)、電壓表、電流表導(dǎo)線完好，連接無問題，問題在于燈泡與滑動變阻器上．
（4）燈的實際功率與電壓有關(guān)，不同的電壓對應(yīng)不同的功率，設(shè)計功率的平均值是錯誤的．

解答 解：（1）當(dāng)變阻器連入電路中的電阻最大為20Ω時，電路中的總電阻R₁=20Ω+6Ω=26Ω，電路中的最小電流
I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}=\frac{4.5V}{26Ω}$=0.173A；當(dāng)變阻器連入電路中的電阻為0時，電源電壓全部加在其兩端，大小為4.5V；
（2）電流表的量程為0～0.6A，實驗要求測量時通過燈泡的電流至少為電流表滿刻度的三分之一，即通過電路的電流至少為I_小=0.6A×$\frac{1}{3}$=0.2A；
通過電路的最大電流則由用電器兩端的最大電壓決定，因小明所選電壓表的量程為0～3V，故用電器兩端的最大電壓為3V，根據(jù)歐姆定律，通過電路的最大電流I_大=$\frac{U}{R}=\frac{3V}{6Ω}$=0.5A＜0.6A，用電器的最小功率P_小=I_小²R=（0.2A）²×6Ω=0.24W；
用電器的最大功率P_大=I_大²R=（0.5A）²×6Ω=1.5W，所以，測出的燈泡的功率范圍只能是0.24W-1.5W；
（3）經(jīng)檢查，電源、開關(guān)、電壓表、電流表．導(dǎo)線及其連接完好，故障在燈與滑動變阻器上，
電壓表無示數(shù)，電流表無示數(shù)時，電路斷路，電壓表并聯(lián)在以外的滑動變阻器斷路；
電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)時，燈泡被短路，電壓表測導(dǎo)線電壓．
（4）燈的實際功率與電壓有關(guān)，不同的電壓對應(yīng)不同的功率，因此設(shè)計功率的平均值一欄是錯誤的．
故答案為：（1）0.173；4.5；
（2）0.24W-1.5W；
（3）電流表無示數(shù)；滑動變阻器斷路；電流表有示數(shù) 燈泡短路；
（4）錯誤．

點評 本題測量用電器的電功率，考查學(xué)生歐姆定律、電功率的有關(guān)知識及分類討論、演繹推理的能力和對實驗方案的評估能力．綜合性強，難度大，屬于壓軸題．