Question

16．在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，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）請你用筆畫線代替導線，將圖中的實物電路連接完整．
（2）正確連接實驗電路后，開關試觸時，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）故障排除后開始實驗，當變阻器滑片滑到圖示位置時，電壓表的示數(shù)為3.0V，接著應將滑片向右滑動，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）實驗時某小組學生發(fā)現(xiàn)電流表損壞，他們想設計一個不用電流表測定該小燈泡額定功率的實驗，于是向老師要了一個R₀的定值電阻（阻值適當）和一個單刀雙擲開關，借助原有的實驗器材，順利完成了實驗，假如由你來做實驗，請設計實驗方案．
①在虛線框內畫出實驗電路圖．
②簡述實驗步驟．
③寫出燈泡額定功率的表達式．

Answer 1

分析 （1）根據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，據此分析故障的可能原因；
（3）根據分壓原理確定滑片移動 的方向；認清電流表小量程的分度值讀數(shù)，根據P=UI求燈的額定功率；（4）由圖知，燈泡與定值電阻、滑動變阻器串聯(lián)組成電路，利用電壓表分別測出燈泡和定值電阻兩端電壓以及燈泡兩端的電壓，調節(jié)滑動變阻器使燈泡兩端的電壓達到額定電壓，然后測出定值電阻和燈泡兩端的電壓，根據串聯(lián)電路的電流的特點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，正確連接實驗電路后，開關試觸時，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，所以應增大燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以，應將滑片向右移動，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實驗需要測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，實驗電路圖如圖所示：

②實驗步驟：a、根據電路圖連接電路，閉合開關S₁、S₂接1，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動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，．保持滑動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．（用相應的字母表示測出的物理量）；
③P_額=$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題測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、功率的計算，影響電阻大小的因素等知識，是中考的熱點問題．