Question

5．在“测量小灯泡额定功率”的实验中，提供的器材有：“3.8V？A”的小灯泡、“10Ω 1A”的滑动变阻器、四节新干电池．

（l）连接电路时开关应断开；如图甲所示的实物连接中，连接不妥之处为电压表量程选择错误；电流表的正负接线柱接反了．
（2）闭合开关，发现灯泡不亮，两电表均无示数．为了查找故障，小明将电压表拆下，在开关闭合状态下，分别将电压表接在电源、滑动变阻器及开关两端，结果只有接在滑动变阻器两端时，电压表无示数，则肯定出现故障的元件是开关发生了断路．
（3）排除故障后开始实验，在移动滑片P的过程中，眼睛应注视电压表的示数；当滑片P移到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为测量灯泡的额定功率，应将滑片P向右（填“左”或“右”）移动，直至电压表的示数为3.8V，此时电流表示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率是1.14W．
（4）若实验器材中电压表0～15V量程被损坏，利用如图器材怎样测定灯泡的额定功率？简要步骤：把电压表并联在变阻器两端，移动滑片直至电压表示数等于2.2V，读出电流表示数．
（5）若用该电路测量规格是“2.5V 0.3A”灯泡的额定功率，须对实验进行适当调整，写出你认为可行的一个方法．方法：换最大阻值较大的滑动变阻器（或串联定值电阻）或减少电池个数．

Answer 1

分析 （1）连接电路时开关应断开；根据电流表和电压表的量程和正负接线柱的接法分析；
（2）电流表在干路上，无示数，说明电路故障为断路；如果电压有示数，说明与电压表串联的元件是完好的；如果无示数，说明与电压表串联的元件有断路，或与电压表并联的元件短路或电路中无电源，据此判断故障所在；
（3）根据灯的额定电压确定电压表的量程读数，比较实际电压和额定电压的大小，根据分压原理确定滑片移动的方向；认清电流表的分度值读数，由P_额=U_额I计算灯的额定功率；
（4）电源电压为6V，根据串联电路电压特点，当灯泡电压为3.8V，滑动变阻器的电压为2.2V＜3V，可以利用0～3V量程测量滑动变阻器的电压；按此分析将电压表与滑动变阻器并联进行实验即可．
（5）①计算灯正常工作时的电阻，电源电压为4×1.5V=6V，求出滑动变阻器分得的电压，由分压原理求出变阻的最小电阻；②减小电源电压来达到目的．

解答 解：（1）为保护电路元件，连接电路时，开关应断开；由图可知，电源电压为4节干电池，电源电压为6V，故电压表量程为0-15V；电流应从电流表正接线柱流入，从负接线柱流出；
（2）闭合开关，发现灯泡不亮，两电表均无示数，则此电路为断路；在开关闭合状态下，将电压表接在电源两端时，电压表有示数，说明电源、电压表是完好的；电压表接在开关两端时有示数，说明开关以外的电路是通路，而开关是断开的，所以，肯定出现故障的元件是开关（电压表接在滑动变阻器两端，因无电源，没有示数）；
（3）灯的额定电压为3.8V＞3V，电压表选用大量程，分度值为0.5V，示数为3V，所以，为使灯正常发光，应增加灯的电压，减小变阻器的电压，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻减小，滑动变阻器的滑片向右移动；电流表小量程的分度值为0.02A，示数为0.3A，小灯泡的额定功率P_额=U_额I=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）步骤：①灯泡和滑动变阻器串联在电路中；②把电压表并联在滑动变阻器的两端；③滑动变阻器的滑片，使滑动变阻器两端电压为6V-3.8V=2.2V；④读出电流表示数．
（5）方法一：灯正常工作时的电阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω，滑动变阻器要分去的电压U_滑=6V-2.5V=3.5V的电压，灯才能正常工作，根据分压原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L}}$，滑动变阻器的电阻至少为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5V}{2.5V}$×8.3Ω≈11.62Ω，所以，可换最大阻值较大的滑动变阻器（或串联定值电阻）；
方法二：由上面的计算可知，“10Ω 1A”的滑动变阻器最大阻值连入电路时，灯的电压仍高于2.5V，所以，也可以采用减小电池个数的方法来减小电源电压达到使灯正常发光的目的．
故答案为：（1）断开；电压表量程选择错误；电流表的正负接线柱接反了；（2）开关发生了断路；（3）电压表；右；1.14；（4）把电压表并联在变阻器两端，移动滑片直至电压表示数等于2.2V，读出电流表示数；（5）换最大阻值较大的滑动变阻器（或串联定值电阻）或减少电池个数．

点评 本题测量灯的电功率，考查电路的连接、故障的查找、及实验方案的设定等，综合性较强．