Question

16．在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，已連接的部分電路如圖a所示，圖中電源電壓為6V且恒定，小燈泡上只能看到“3.8V”字樣．

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)物電路連接完整．
（2）正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，其故障原因可能是燈泡斷路．
（3）故障排除后開始實(shí)驗(yàn)，當(dāng)變阻器滑片滑到圖示位置時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.0V，接著應(yīng)將滑片向右滑動(dòng)，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表損壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電流表測(cè)定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)，于是向老師要了一個(gè)R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)，假如由你來做實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案．
①在虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟．
③寫出燈泡額定功率的表達(dá)式．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)額定電壓確定電壓表的量程，將電壓表并聯(lián)在燈的兩端；變阻器接線柱要一上一下，與燈串聯(lián)；
（2）根據(jù)燈的電壓表有示數(shù)，說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，據(jù)此分析故障的可能原因；
（3）根據(jù)分壓原理確定滑片移動(dòng) 的方向；認(rèn)清電流表小量程的分度值讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；（4）由圖知，燈泡與定值電阻、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)組成電路，利用電壓表分別測(cè)出燈泡和定值電阻兩端電壓以及燈泡兩端的電壓，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，然后測(cè)出定值電阻和燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流的特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，利用P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）小燈泡上只能看到“3.8V”字樣，即燈的額定電壓為3.8V，所以電壓表應(yīng)選用大量程，變阻器接線柱要一上一下，與燈串聯(lián)，如下圖所示；

（2）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明某處發(fā)生了斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通，所以，正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是與電壓表并聯(lián)的燈泡出現(xiàn)了斷路．
（3）電壓表的示數(shù)為3.0V小于燈的額定電壓，所以應(yīng)增大燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以，應(yīng)將滑片向右移動(dòng)，直至燈泡兩端電壓為額定電壓；
電流表的小量程分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，燈的額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52A；
（4）①實(shí)驗(yàn)需要測(cè)出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，可以把燈泡與定值電阻串聯(lián)，測(cè)出定值電阻兩端電壓，由歐姆定律求出通過定值電阻的電流，由于燈泡與定值電阻串聯(lián)，可以求出通過燈泡的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示：

②實(shí)驗(yàn)步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）燈泡斷路；
（3）右；1.52；
（4）①見上圖；
②斷開開關(guān)，．保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，將電壓表與R₀并聯(lián)，讀出電壓表示數(shù)U．（用相應(yīng)的字母表示測(cè)出的物理量）；
③P_額=$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡的額定功率，考查電路的連接、常見故障的分析、操作過程、功率的計(jì)算，影響電阻大小的因素等知識(shí)，是中考的熱點(diǎn)問題．