Question

1．在“测定小灯泡额定功率”的实验中，电源电压为6V，小灯泡的额定电压为3.8V．
（1）请在图甲中用笔划线代替导线，完成电路连接．

（2）连接电路，闭合开关后，灯泡不亮，电压表有示数且接近电源电压，电流表指针几乎不动，产生这一现象的原因可能是灯泡断路
（3）排除故障后，在将滑动变阻器的滑片从一端缓慢移到另一端的过程中，发现电压表示数U与滑片移到距离x的关系如图乙所示，电压调节非常不方便，这是由于选用了A（选填“A”或“B”）滑动变阻器
可供选用的滑动变阻器
滑动变阻器A（阻值范围0-500Ω，滑片行程10cm）；
滑动变阻器B（阻值范围0-50Ω，滑片行程10cm）．
（4）换用了另一个滑动变阻器并接通电路后，移到滑片位置，当电压表的示数为3.8V时，电流表的示数如图丙所示，其读数为0.5A．
（5）实验中刚刚测完上述（4）中的一个数据，电流表突然损坏了．他们找到了一个阻值为10Ω的定值电阻和一个单刀双掷开关（符号为（），借助原有的实验器材，重新进行了测量，假定由你来做实验，要求电路只连接一次，请设计实验方案，
①在虚线框内画出实验电路图；
②简述实验步骤；
③写出灯泡额定功率的表达式P=$\frac{{U}_{0}}{6V-{U}_{0}}$×0.836W（用已知量和测量量来表示）

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程，且并联在灯泡两端，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（2）电压表有示数说明电压表与电源之间是通路，灯泡不亮、电流表指针几乎不动说明电路断路，则电压表并联部分断路；
（3）由图乙可知滑片移动时灯泡两端电压的变化，根据电压调节方便的原则确定滑动变阻器的规格；
（4）根据电流表的量程和分度值读出丙图的示数；
（5）实验器材中没有电流表，只有电压表和定值电阻，且电源的电压已知，先让灯泡与滑动变阻器串联，电压表测灯泡两端的电压，调节滑动变阻器使灯泡两端的电压为3.8V，然后保持滑动变阻器接入电路中的电阻不变，利用定值电阻与滑动变阻器串联，电压表测出定值电阻两端的电压，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律得出等式求出滑动变阻器的阻值；灯泡正常发光时，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，根据串联电路的电流特点和欧姆定律求出电路中的电流，利用P=UI求出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为3.8V，则电压表的量程为0～15V，且与灯泡并联，滑动变阻器的任意上方接线柱与灯泡串联，如下图所示：

（2）连接电路，闭合开关后，灯泡不亮，电压表有示数且接近电源电压，电流表指针几乎不动，说明电压表并联部分断路，可能是灯泡断路；
（3）由图乙可知，滑片移动时灯泡两端电压的变化开始不很不明显，说明滑动变阻器选择最大的阻值较大，为使电压调节方便应选B滑动变阻器；
（4）由实物电路图可知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，则乙图中电流表的示数为0.5A；
（5）①实验器材中没有电流表，只有电压表和定值电阻，且电源的电压已知，可让灯泡与定值电阻并联，然后再与滑动变阻器串联，电压表测并联部分的电压，如下图所示：

②实验步骤：
A．根据电路图，连接实物，将滑动变阻器的滑片P调至最大；
B．开关S与b接线柱相连，调节滑动变阻器的滑片P，直至电压表的示数达到3.8V为止；
C．保持滑动变阻器的滑片位置不动，开关S与a相连，读出电压表的示数U₀；
③开关S与a相连时，
因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，滑动变阻器两端的电压：
U_滑=U-U₀=6V-U₀，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，即$\frac{6V-{U}_{0}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{0}}{10Ω}$，
解得：R_滑=$\frac{（6V-{U}_{0}）×10Ω}{{U}_{0}}$，
开关S与b接线柱相连，电压表的示数达到3.8V时，定值电阻两端的电压：
U_滑′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
此时电路中的电流：
I′=$\frac{{U}_{滑}′}{{R}_{滑}}$=$\frac{2.2V}{\frac{（6V-{U}_{0}）×10Ω}{{U}_{0}}}$=$\frac{2.2V×{U}_{0}}{（6V-{U}_{0}）×10Ω}$，
灯泡的额定功率：
P_L=U_LI′=3.8V×$\frac{2.2V×{U}_{0}}{（6V-{U}_{0}）×10Ω}$=$\frac{{U}_{0}}{6V-{U}_{0}}$×0.836W．
故答案为：
（1）电路图的连接如上图所示；
（2）灯泡断路；
（3）A；
（4）0.5；
（5）①设计的电路图如上图所示；
②A．根据电路图，连接实物，将滑动变阻器的滑片P调至最大；
B．开关S与b接线柱相连，调节滑动变阻器的滑片P，直至电压表的示数达到3.8V为止；
C．保持滑动变阻器的滑片不动，开关S与a相连，读出电压表的示数U₀；
③$\frac{{U}_{0}}{6V-{U}_{0}}$×0.836W．

点评 本题考查了测定小灯泡额定功率的实验，涉及到实物电路图的连接、电路故障的判断、滑动变阻器规格的选择、电流表的读数以及实验的设计等，涉及到的知识点较多，综合性强，平时注意多积累相关知识、多总结解题方法．