Question

18．在“測小燈泡電功率”的實驗中，實驗室為每個小組提供的器材有：電壓恒為5V的電源一個，電流表（0～0.6A、0～3A）、電壓表（0～3V、0～15V）各一個，開關一個，標有“20Ω  lA”的滑動變阻器一個，導線若干，額定電壓為3.8V小燈泡一個．實驗前電壓表與電流表均已調零．
第一小組的同學實驗時按如圖甲所示方式連接電路．

（1）連接電路時，開關應斷開．（選填“閉合”或“斷開”）
（2）開關閉合前，應把滑動變阻器的滑片調到A（選填“A”或“B”）端．
（3）閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，則故障原因可能是小燈泡短路．
（4）排除故障后，調節(jié)滑片到某一位置時，燈恰好正常發(fā)光．此時電流表的示數(shù)如圖乙，則通過小燈泡的電流為0.4 A，小燈泡的額定功率為1.52 W．
（5）該小組的同學們經過多次實驗，記錄了多組電壓與電流值，并繪出如圖丙所示圖象．通過分析圖象，發(fā)現(xiàn)小燈泡燈絲電阻是變化的，這是由于燈絲電阻隨溫度而改變．
（6）第二小組的同學在實驗中發(fā)現(xiàn)，本組的電壓表0～15V的量程已損壞，而0～3V的量程可以使用．經過研究設計了如圖丁所示電路，完成了小燈泡功率的測量．實驗時，調節(jié)滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數(shù)為1.2V時，小燈泡正常發(fā)光．
（7）第二小組的同學在實驗過程中，為保證電表不超量程，小燈泡不超額定值．滑動變阻器接入電路的阻值范圍為3Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）在接線過程中，開關應處于斷開狀態(tài)．
（2）在閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應移到阻值最大處．
（3）電流表有示數(shù)，說明整個電路是通路，電壓表無示數(shù)，由此找故障的原因．
（4）根據(jù)圖乙知電流表量程和分度值，讀出其示數(shù)，根據(jù)P=UI計算小燈泡的額定功率．
（5）分析圖象可知燈泡電阻是變化的，從溫度影響電阻的角度分析原因．
（6）由串聯(lián)電路的電壓特點分析說明．
（7）保證電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律結合圖象計算滑動變阻器接入電路的阻值范圍．

解答 解：
（1）為了保護電路，在接線過程中，開關應斷開，以避免因接線錯誤造成短路將電源燒壞；
（2）為了避免電路中電阻過小而燒壞電源或電表，在閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應移到阻值最大處，即A端．
（3）電流表有示數(shù)，說明整個電路是通路，而電壓表無示數(shù)，燈泡也不亮，所以故障的原因可能是能燈泡短路了．
（4）由圖乙電流表使用的是0-0.6A量程，分度值0.02A，示數(shù)為0.4A，此時燈恰好正常發(fā)光，所以小燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（5）從圖象還可以看出，小燈泡燈絲的電阻隨電壓的增大逐漸變大．這是因為，隨著電壓的增大，燈的實際功率也逐漸增大，燈的溫度逐漸升高，而金屬的電阻隨溫度的升高而增大，所以燈絲電阻變大．
（6）由圖丁，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，當燈泡正常發(fā)光時電壓為3.8V，此時滑動變阻器兩端電壓U_變=U-U_額=5V-3.8V=1.2V，即電壓表示數(shù)為1.2V時，小燈泡正常發(fā)光．
（7）由題為使電壓不超量程，小燈泡不超額定值，電壓表示數(shù)最大3V，最小1.2V，
當電壓表示數(shù)最小為1.2V時，變阻器連入阻值最小，燈正常工作，I=I_L=I_變=0.4A，
所以變阻器連入的最小值R_變=$\frac{{U}_{變}}{{I}_{變}}$=$\frac{1.2V}{0.4A}$=3Ω；
當電壓表示數(shù)最大為3V時，變阻器連入阻值最大，燈泡電壓U_L=5V-3V=2V，由圖象可知此時I′=I_L′=I_變′=0.25A，
所以變阻器連入的最大值R_變′=$\frac{{{U}_{變}}^{′}}{{{I}_{變}}^{′}}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
故為保證電壓不超量程，小燈泡不超額定值，滑動變阻器接入電路的阻值范圍為3Ω-12Ω．
故答案為：（1）斷開；（2）A；（3）小燈泡短路；（4）0.4；1.52；（5）燈絲電阻隨溫度而改變；（6）1.2；（7）3Ω-12Ω．

點評 本題涉及到的知識很多，實驗注意事項、電路故障時，電流表的讀數(shù)，分析電阻和溫度的關系，多次測量的目的等等，綜合性很強．關鍵是能從圖象中獲取有用的信息．