Question

8．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，已连接的部分电路如图a所示．图中电源电压恒定，小灯泡上只能看到“3.8V”字样．

（1）请你用笔画线代替导线，将图中的实物电路连接完整． 
（2）正确连接实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数．其故障原因可能是：灯泡断路或灯座断路．
（3）故障排除后开始实验，当变阻器滑片滑到图示位置时，电压表的示数为3.0V．接着应将滑片向右（填“左”或“右’）滑动，直至灯泡两端电压为额定电压，此时电流表的示数如图b所示．则灯泡的额定功率为1.52W．
（4）实验时某小组学生发现电流表损坏，他们想设计一个不用电流表测定该小灯泡额定功率的实验．于是向老师要了一个阻值为R₀的定值电阻（阻值适当）和一个单刀双掷开关（符号为：），借助原有的实验器材，顺利完成了实验．假如由你来做该实验，要求电路只连接一次，请设计实验方案．
①在虚线框c内画出实验电路图．
 ②简述实验步骤：
a．闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为3.8V．
b．保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．．
③写出灯泡额定功率的表达式P_额=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．（用已知量和测量量表示）．

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与灯串联在电路中；
（2）灯泡不亮，电流表无示数，说明电路存在断路；电压表有示数，说明电压表与电源两极相连，电压表并联电路之外电路不存在断路，则与电压表并联的灯泡断路或灯座断路；
（3）比较电压表示数与额定电压的大小，根据串联电路电压的特点和分压原理确定滑片移动的方向；根据图b电流表小量程读数，根据P=UI求灯的额定功率；
 （4）实验器材中没有电流表，电压表和定值电阻应起到电流表的作用，所以应将灯与定值电阻串联．先将电压表与灯并联，通过移动变阻器的滑片使灯正常工作；在保持滑片位置不动的情况下，通过开关转换，使电压表测量灯与定值两端的总电压U，因电路的连接关系没有改变，各用电器的电压不变，根据串联电路电压的特点，求出定值电阻的电压，从而求出通过其电流大小，即灯正常工作时的电流大小，根据P_额=U_额I_R0表示出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）测灯泡功率实验，电压表测灯泡两端电压，电流表测通过灯泡的电流，实物图连接如下图1所示：

（2）发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数．其故障原因可能是灯泡断路或灯座断路；
（3）电压表示数为3V小于灯泡额定电压，为测灯泡额定电压，应增大灯的电压，减小变阻器分得的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的阻值大小，所以，应向右移动滑片，使电压表示数等于灯泡额定电压3.8V；
由图b知，电流表量程为0～0.6A，其分度值为0.02A，示数为0.4A，灯泡额定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①在上面分析的基础上，实验电路图如下图2所示：

②实验步骤：a、根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器的滑片，使电压表示数为3.8V；
b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．
③在②中，因电路的连接关系没有改变，各用电器的电压保持不变，所以灯仍正常发光，根据串联电路电压的特点，定值电阻的电压U_定=U-3.8V，通过其的电流，即灯泡正常发光时的电流I_R0=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{0}}=\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，灯泡额定功率
P_额=U_额I_R0=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．
故答案为：
（1）见上图1；
（2）灯泡断路或灯座断路
（3）右；1.52；
（4）①见上图2；②a闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为3.8V；
b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U；
③3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．

点评 本题测灯的电功率，考查了电路的连接、故障的分析、实验操作、电表读数、求灯泡额定功率及设计实验方案的能力，综合性强，难度大，对能力要求高．