Question

某班同学到实验室做“测定小灯泡额定功率”的实验．被测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω．实验室有如下器材：电源（电压为6V）、电流表（0～0.6A　0～3A）、电压表（0～3V　0～15V）、开关各一只，导线若干，滑动变阻器三只：R₁（5Ω　0.5A）、R₂（10Ω　0.5A）、R₃（500Ω　1A）．同学们设计的电路如图1所示：

（1）把实物图2连接完整（按照电路图的连接方式）．
（2）滑动变阻器应选用______（选填“R₁”、“R₂”、“R₃”）；
（3）在开关闭合前，应将滑片P放在______端．（选填“A”或“B”）
（4）君君正确地连接好电路，闭合开关，无论怎样调节滑动变阻器灯泡都不亮．小兰分析产生故障的原因可能是：①小灯泡灯丝断了；②小灯泡短路；③滑动变阻器开路．（电流表、电压表均无故障）请你依据表中电流表、电压表示数可能出现的几种情况，帮君君判断故障原因，并将其序号填写在表中对应的空格里．

电流表	电压表	故障原因
示数不为0	示数为0	______
示数为0	示数不为0	______

（5）电压表的电阻很大，所以在处理电路时通常把电压表看成断路，但是真实情况下有时也要考虑电压表的电阻，若电压表的电阻为R₀，图3所示电路可以等效成如图4所示．则根据该等效方法，当电压表读数为U，电流表读数为I时，R_X的实际功率应为______（用测得的量表达），测量值比真实值______（选填“偏大”或者“偏小”）

Answer 1

解：（1）电压表应与灯泡并联，灯泡的额定电压为3.8V，应选择0～15V的量程；
滑动变阻器已接了上面一个接线柱，应再接下面一个接线柱，如图所示：
；
（2）电源电压为6V，灯泡正常发光时，滑动变阻器两端的电压U_滑=6V-3.8V=2.2V
电路中的电流大约为I===0.38A
所以滑动变阻器的阻值大约R_滑===6Ω；
R₁的阻值太小，R₃的阻值太大，应选择R2；
（3）由电路图知，在闭合开关前，应将滑片移至最右端即B端，使其阻值最大；
（4）小灯泡灯丝断了，则电流表的示数为0，电压表的示数不为零；
若小灯泡短路则电流表的示数不为零，电压表的示数为零；
若滑动变阻器开路，则电流表和电压表的示数均为零；
（5）灯泡的实际电流I_x=I-，所以其实际功率为P=UI=U（I-）=UI-，所以测量值比实际值偏大．
故答案为：（1）见上图；（2）R₂；（3）B；（4）②①；（5）UI-；偏大．
分析：（1）掌握实物电路的连接，特别是电流表、电压表和滑动变阻器的接法；
（2）根据串联电路电流、电压的规律结合欧姆定律计算出灯泡正常发光时滑动变阻器的阻值便可得出；
（3）为保护电路，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移至最大阻值处；
（4）掌握断路和短路的特点：断路，电路中无电流，断开处的电压等于电源电压；短路，用电器不工作，两端电压为零，电路中仍有电流；
（5）按图中所示，电流表的示数其实是灯泡和电压表的电流之和，测得的电流值偏大，所以根据P=UI测出的电功率值偏大．
点评：此题是“测定小灯泡额定功率”的实验，考查了实物电路的连接，滑动变阻器规格的选择，同时考查了电路故障的分析及实验误差的分析，这些应属于电学实验中的难点．