Question

5．如圖1所示，是測(cè)量小燈泡電功率的實(shí)物元件圖，其中電源是由三只蓄電池組成，小燈泡額定電壓是3.8V，其燈絲電阻約為10Ω，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“10Ω、1A”字樣，電流表（0～0.6A、0～3A），電壓表（0～3V、0～15V）．
（1）本實(shí)驗(yàn)的原理是：P=UI；
（2）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，把圖1中的電路元件連接成實(shí)驗(yàn)電路．（要求：滑片P向左移時(shí)燈變亮，且連線不得交叉）

（3）小剛合理地連接好電路，并按正確的順序操作，閉合開關(guān)后燈不亮，聰明的小剛猜想：
A．可能燈絲斷了             B．可能是變阻器開路
C．可能是小燈泡短路         D．可能是電流表開路
請(qǐng)你借助已連好電路中的電流表和電壓表驗(yàn)證小剛的猜想，并將電流表、電壓表相應(yīng)示數(shù)填入下表．

猜  想	電流表示數(shù)/A	電壓表示數(shù)/V
如果A成立
如果B成立

（4）排除故障后，在測(cè)量小燈泡的額定功率時(shí)，應(yīng)先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡兩端電壓為3.8V，再測(cè)出電路中的電流，即可計(jì)算出額定功率；若小燈泡兩端實(shí)際電壓為額定電壓的1.2 倍，則實(shí)際功率為額定功率的1.44倍．（假設(shè)電阻值不變）
（5）實(shí)際測(cè)量過程中小剛才發(fā)現(xiàn)電壓表0～15V量程已損壞（另一量程完好），但他仍想利用現(xiàn)有器材測(cè)出小燈泡的額定功率，請(qǐng)你幫小剛重新設(shè)計(jì)新的電路圖并畫在圖2甲的方框內(nèi)．
（6）小剛按重新設(shè)計(jì)的電路圖繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表示數(shù)如圖2乙所示，則小燈泡的額定功率是1.52W．
（7）實(shí)驗(yàn)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)電流表指針擺動(dòng)分別出現(xiàn)了如圖3甲、乙所示的兩種情況．請(qǐng)分析在使用電流表時(shí)分別存在什么問題，并寫在下面的橫線上．
甲現(xiàn)象存在的問題：電流表正負(fù)接線柱接反了；
乙現(xiàn)象存在的問題：電流表所選量程過大．

Answer 1

分析 （1）伏安法測(cè)電功率的原理是P=UI；
（2）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程且與燈泡并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值確定電流表的量程且與燈泡串聯(lián)，滑片P向左移時(shí)燈變亮說明左下方接線柱與任意上方接線柱串聯(lián)在電路中，然后與電源、開關(guān)組成電路；
（3）根據(jù)電流表、電壓表有無讀數(shù)來判斷電路錯(cuò)誤時(shí)，要考慮電流表、電壓表的連接方式和自身特點(diǎn)，電流表無示數(shù)說明電路斷路，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，說明和電壓表并聯(lián)的用電器斷路；
（4）額定電壓下燈泡的實(shí)際功率和額定功率相等，實(shí)驗(yàn)時(shí)要先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓，然后再讀出通過燈泡的電流；根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得出小燈泡兩端實(shí)際電壓為額定電壓的1.2倍時(shí)，實(shí)際功率為額定功率的多少倍；
（5）可根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)計(jì)算滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，若變阻器兩端的電壓小于3V量程，可設(shè)計(jì)電壓表與變阻器并聯(lián)的電路來完成燈泡額定功率的測(cè)量；
（6）根據(jù)第五小題設(shè)計(jì)的電路圖可知燈泡兩端電壓為3.8V時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，利用P=UI求出燈泡的額定功率；
（7）甲圖電流表指針反轉(zhuǎn)，根據(jù)電流表出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因來解題；乙圖電流表指針偏轉(zhuǎn)角度太小，這樣讀數(shù)誤差較大，可以根據(jù)出現(xiàn)這種情況的原因來解題．

解答 解：（1）根據(jù)電功率計(jì)算公式和電路元件可知該實(shí)驗(yàn)原理為：P=UI；
（2）燈泡的額定電壓為3.8V，則與燈泡并聯(lián)電壓表的量程為0～15V；
燈泡的額定電流約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，則與燈泡串聯(lián)電流表的量程為0～0.6A；
滑動(dòng)變阻器的左下方接線柱與任意上方接線柱串聯(lián)在電路中，然后與電源、開關(guān)組成電路；
如下圖所示：

（3）如果A成立，電路為斷路，則電流為0，而電壓表和燈泡并聯(lián)，電壓表的讀數(shù)接近電源電壓；
如果B成立，電路也是斷路，電流為0，電流表示數(shù)為0，而電壓表是和燈泡并聯(lián)，電流在滑阻處斷路，電流流不到電壓表，故電壓表示數(shù)也為0，故表格如下：

猜  想	電流表示數(shù)/A	電壓表示數(shù)/V
如果A成立	0	6
如果B成立	0	0

（4）在測(cè)量小燈泡的額定功率時(shí)，應(yīng)先調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡兩端電壓為3.8V，再測(cè)出電路中的電流，利用P=UI求出額定功率；若小燈泡兩端實(shí)際電壓為額定電壓的1.2倍，電阻值不變時(shí)，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，實(shí)際功率為額定功率的1.44倍；
（5）由串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和可知，燈泡在額定電壓下工作時(shí)變阻器兩端的電壓6V-3.8V=2.2V，沒有超過電壓表3V的量程，所以可設(shè)計(jì)電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)的電路來完成燈泡額定功率的測(cè)量，如下圖所示：

（6）滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為2.2V時(shí)，燈泡兩端的電壓為額定電壓3.8V，
電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，
則燈泡的額定功率：P_L=U_LI_L=3.8V×0.4A=1.52W；
（7）甲的問題：電流表指針反轉(zhuǎn)，所以電流表正負(fù)接線柱接反；
乙的問題：電流表指針偏轉(zhuǎn)角度太小，所以電流表所選量程過大．
故答案為：
（1）P=UI；
（2）實(shí)物圖的連接如上圖所示；
（3）如上表所示；
（4）滑動(dòng)變阻器的滑片；3.8；電流；1.44；
（5）電路圖如上圖所示；
（6）2.2；1.52；
（7）電流表正負(fù)接線柱接反了；電流表所選量程過大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了多個(gè)知識(shí)，實(shí)物圖的連接、電路錯(cuò)誤的判斷等，要利用所學(xué)知識(shí)認(rèn)真分析，總結(jié)方法．