题目内容

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）、开关各一个，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所示：
（1）电压表应选用挡，滑动变阻器应选用（选填“R₁”、“R₂”、“R₃”）
（2）实验电路接好后，合上开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下表所列的两种情况，请根据现象和检测结果指出故障的可能原因：
故障现象检测故障原因
灯泡较暗、两表的示数均较小移动滑动变阻器滑片，现象不变
灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数取下灯泡，两表的示数不变
（3）下表为某小组的实验记录分析表：
实验序号电压表示数/V 电流表示数/A 功率/W 额定功率/W
1 3.0 0.36 1.08 P_额= $数学公式$ =1.50
2 3.8 0.4 1.52
3 4.5 0.42 1.89
老师认为该小组数据处理过程有误，你认为错误之处是：________，正确测量结果P_额=W．
（4）在科学探究过程中，经常需要多次试验．如在本实验中，若进一步综合分析实验数据，你能发现，可见这里的多次试验是为了发现不同现象背后的共同规律；有的多次试验是为了求平均值以减小实验误差，如：（填实验名称）．

解：（1）伏安法测灯泡额定功率时，滑动变阻器的主要作用是移动滑动变阻器的滑片，使灯泡在额定电压下工作．
灯泡的额定电压为3.8V，电压表选择0～15V量程．
灯泡正常工作时，电路电流约为，I= $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ =0.38A，
滑动变阻器两端电压为：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑动变阻器电阻为：R′= $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ ≈5.8Ω．
“5Ω 0.5A”滑动变阻器的电阻太小，“500Ω 1A”滑动变阻器的电阻太大，不能满足实验需要．
所以选择“10Ω 0.5A”的滑动变阻器．
（2）灯泡较暗，两表示数较小，电源电压不变电路电阻较大，移动滑片，现象都不改变，所以滑动变阻器同时接到下面两个接线柱．
灯泡不亮，电流表无示数，电流断路，电压表有较大示数，取下灯泡，两表示数不变，可以断定灯泡断路．
（3）由于灯泡的实际功率不是定值，所以不能通过求平均值的方法来求功率；该小组数据处理过程是错误的；
额定功率等于灯泡正常工作时的实际功率，即实际电压为3.8V时的实际功率1.52W．
（4）本实验进行多次测量的目的是为了找到普遍规律，即小灯泡实际功率随实际电压的增大而增大；伏安法测量定值电阻的阻值进行多次测量的目的是减小误差．
故答案为（1）0～15V，R₂；（2）滑动变阻器同时接到下面两个接线柱，灯泡断路；
（3）额定功率不应求平均值，1.52；（4）小灯泡实际功率随实际电压的增大而增大测量定值电阻的阻值．
分析：（1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程；根据灯泡正常工作时，滑动变阻器的电压和灯泡正常工作时的电流计算需要的滑动变阻器的最小电阻．按照滑动变阻器最大电阻稍大于电路中需要的电阻，同时滑动变阻器允许通过的最大电流应大于电路中的最大电流的原则选择．
（2）灯泡较暗，电路电流较小，电路电阻较大，移动滑片，灯泡亮度、电压表和电流表的示数都不变，滑动变阻器不能改变电路电阻，并且电路电阻很大，可以判断故障原因．
灯泡不亮，电流表无示数，电路断路，电压表示数较大，电压表与电源接通，取下灯泡，电压表和电流表的示数不变，可断定灯泡断路．
（3）由于灯泡的实际功率不是定值，所以不能求平均值；当灯泡在额定电压下，灯泡正常工作时的实际功率等于灯泡的额定功率．
（4）该实验多次测量是为了寻找普遍规律，伏安法测电阻也是采用同样的方法；测量未知电阻时，多次测量求平均值的目的是减小误差的．
点评：电压表量程根据灯泡的额定电压或电源电压最小值来确定，电压表并联在灯泡的两端．注意滑动变阻器有4个接线柱，选择一上一下接线柱接入电路，使滑动变阻器串联在电路中．
电路故障的判断时，注意电压表示数较大表明电路中的通路部分是哪些．
掌握多次测量在不同实验中有不同的作用，比如测量电功率时是为了找规律，而伏安法测电阻时多次测量是为了减小误差．

故障现象	检测	故障原因
灯泡较暗、两表的示数均较小	移动滑动变阻器滑片，现象不变
灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数	取下灯泡，两表的示数不变

实验序号	电压表示数/V	电流表示数/A	功率/W	额定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P_额= $数学公式$ =1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

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