Question

16．在“測(cè)定小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，小明同學(xué)用一個(gè)電壓表、一個(gè)電流表、一個(gè)開關(guān)、電壓為約為6V的電源、額定電壓為3.8V的小燈泡和一個(gè)標(biāo)有“20Ω  1.5A”的滑動(dòng)變阻器，小燈泡的額定功率小于2W，設(shè)計(jì)的電路如圖甲所示的電路．

（1）實(shí)驗(yàn)原理P=UI；
（2）請(qǐng)用鉛筆畫線代替導(dǎo)線，按照?qǐng)D甲所示的電路圖，將圖乙的實(shí)物電路連接完整；
（3）電路接好后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡特別亮，電壓表與電流表的示數(shù)較大．電路連接無(wú)誤，接下來(lái)應(yīng)進(jìn)行的操作是D，C；
A．更換電池或小燈泡                     B．檢查電路是否短路
C．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片至最大值位置       D．?dāng)嚅_電路開關(guān)
（4）在實(shí)驗(yàn)中，若電壓表示數(shù)為2V，為了使燈兩端電壓達(dá)到3.8V，必須將滑片向右（左/右）調(diào)節(jié)；當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖丙，則燈泡的額定功率為1.52W；

（5）若實(shí)驗(yàn)中電流表壞了，為了測(cè)量小燈泡的額定功率，小明選用一個(gè)R₀=5Ω的電阻，設(shè)計(jì)了如圖丁的電路及實(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(cè)出R₀兩端的電壓U₀，通過(guò)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(wèn)題：
問(wèn)題一：電壓表的正負(fù)接線柱接反了；  問(wèn)題二：R₀阻值偏大．
（6）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明把小燈泡更換成定值電阻（如圖戊），利用原電路繼續(xù)探究“電流與電阻”的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明先將5Ω電阻接入電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表示數(shù)為2V，記下對(duì)應(yīng)的電流；再將5Ω的電阻更換為10Ω電阻，將滑動(dòng)變阻器適當(dāng)移動(dòng)，使電壓表示數(shù)仍為2V；當(dāng)小明再換接15Ω電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，都不能使電壓表示數(shù)為2V．．請(qǐng)你在不增減器材的條件下幫小明解決這個(gè)問(wèn)題，完成實(shí)驗(yàn)，你的方法是：將導(dǎo)體兩端的電壓控制為3V．

Answer 1

分析 （1）測(cè)定小燈泡功率的實(shí)驗(yàn)原理是：用電壓表測(cè)出小燈泡兩端的電壓，用電流表測(cè)出通過(guò)小燈泡的電流，根據(jù)P=UI求出小燈泡的電功率；
（2）由電路圖可知，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則與電流表串聯(lián)，由P=UI求出小燈泡的額定電流以選擇量程；連接時(shí)注意正負(fù)接線柱的連接；
（3）在連接電路時(shí)，為保護(hù)電路，滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻應(yīng)最大，據(jù)此分析解答；
（4）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為2V，為使燈兩端的電壓增大為3.8V，就要使滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小，連入的電阻減小，由圖乙可知，所以要向右端移動(dòng)滑片．當(dāng)電壓表示數(shù)為3.8V時(shí)，讀出電流表的示數(shù)，利用P=UI計(jì)算小燈泡的額定功率；
（5）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；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；
（6）換用較大的電阻后，根據(jù)串分壓的關(guān)系，電壓表的示數(shù)會(huì)變大，則應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器的阻值減小電阻兩端的電壓，保持電壓表的示數(shù)不變；
換接15Ω電阻時(shí)，根據(jù)串分壓的知識(shí)，電壓表的示數(shù)變大，為使電壓表的示數(shù)不變，所需滑動(dòng)變阻器的阻值更大，電壓表的示數(shù)無(wú)法達(dá)到2V，可能是滑動(dòng)變阻器的阻值太小或是定值電阻兩端的電壓保持太低或是電源電壓太高造成．

解答 解：（1）本實(shí)驗(yàn)的原理是：P=UI；
（2）通過(guò)電燈的電流：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2W}{3.8V}$≈0.52A，因此選擇電流表量程為0～0.6A，并將電流表、開關(guān)以及滑動(dòng)變阻器串聯(lián)連接即可．如下圖所示：

（3）小燈泡特別亮，電壓表與電流表的示數(shù)較大，說(shuō)明小燈泡兩端電壓太高，電路中電流太大，原因是滑動(dòng)變阻器沒(méi)移到阻值最大處，按要求應(yīng)先斷開開關(guān)再移滑片，接下來(lái)應(yīng)進(jìn)行的操作是D、C；
（4）為使燈兩端的電壓增大為3.8V，就要使滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小，連入的電阻減小，由圖乙可知，所以要向右端移動(dòng)滑片；
由小燈泡標(biāo)有“3.8V”字樣可知，小燈泡額定電壓為3.8V，即小燈泡在3.8V電壓下正常工作．
由丙圖可知，電流表量程為0.6A，分度值為0.02A，則電流表示數(shù)為0.4A．
小燈額定功率為P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（5）原電路中，電壓表的a接線柱與電源的正接線柱相連，只將電壓表的a點(diǎn)接線改接到c點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)致電壓表的正負(fù)接線柱接反了，不能測(cè)出R₀兩端的電壓；
燈泡正常工作時(shí)電流約為I≈0.52A，定值電阻的電壓U₀=IR₀=0.52A×5Ω=2.6V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，電源電壓U=U_燈+U₀=3.8V+2.6V=6.4V，而根據(jù)電源電壓，U=6V太低，造成這種情況的原因是R₀阻值偏大，根據(jù)分壓原理，R₀兩端電壓偏大，電壓表示數(shù)無(wú)法調(diào)到3.8V；
將5Ω的電阻換為10Ω后，電壓表的示數(shù)變大，所以應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器的阻值，將滑片向右滑動(dòng)，保持電壓表的示數(shù)為2V，并讀出電流表的示數(shù)；
換接15Ω電阻時(shí)，根據(jù)串分壓的知識(shí)，電壓表的示數(shù)變大，為使電壓表的示數(shù)不變，所需滑動(dòng)變阻器的阻值更大，電壓表的示數(shù)無(wú)法達(dá)到2V，可能是滑動(dòng)變阻器的阻值太小或是定值電阻兩端的電壓保持太低或是電源電壓太高造成；在不改變電路和器材的前提下，針對(duì)這一問(wèn)題，改進(jìn)的方法是：適當(dāng)提高定值電阻兩端的電壓，如：保持定值電阻兩端的電壓為3V不變．
故答案為：（1）P=UI；   （2）如上圖；  （3）D； C；（4）右； 1.52；
（5）電壓表的正負(fù)接線柱接反了； R₀阻值偏大；（6）將導(dǎo)體兩端的電壓控制為3V．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了選擇連接電路圖、實(shí)驗(yàn)操作、滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)、求燈泡功率等問(wèn)題，是實(shí)驗(yàn)的�？紗�(wèn)題，一定要掌握，是一道綜合題．