Question

11．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，灯泡上标有“3.8V”字样，电源电压恒定．
（1）请你用笔画线代替导线，将图1中的实物电路连接完整．

（2）连接完实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表的示数接近电源电压，其故障原因可能是：灯泡处断路．
（3）故障排除后，开始实验，在移动变阻器滑片的过程中，眼睛应注视电压表的示数，如果此时电压表的示数为3V滑动变阻器的滑片应向右（左或右）端移动，直至灯泡正常发光，此时电流表的示数如图2所示，则灯泡的额定功率为1.52W，灯泡正常发光时的电阻是9.5Ω．
（4）实验时闭合开关，两表均有示数，若将小灯泡从灯座中取走，电压表有示数，电流表无示数（两空均选填“有”或“无”）．
（5）完成上述实验后，小聪向老师要了一个已知阻值为R₀的电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图3所示的电路，也测出了灯泡的额定功率．请完成下列实验步骤：
①闭合开关S₁，将S₂拨到触点2（选填“1”或“2”），移动滑片，使电压表的示数为3.8V；
②再将开关S₂拨到触点1（选填“1”或“2”），保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U；
③灯泡额定功率的表达式为P_额=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．（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，电流表、灯泡、滑动变阻器、开关串联接入电路，电压表并联在灯泡两端，连线时注意滑动变阻器的接法，注意电表正负接线柱不要接反；
（2）电压表有示数，说明与电压表两接线柱连接的电路是通路，电流表无示数，说明电路断路，从而判断出故障的可能原因．
（3）根据“灯泡两端的电压为额定电压时，灯泡的功率为额定功率，灯泡正常发光”解决此题；根据实物图可知电流表的量程，并读出电流表的示数；利用P=UI计算灯泡的额定功率；
（4）若串联电路发生断路，则电路中不会有电流，用电器不工作，断路处的电压为电源电压；
（5）当灯泡两端电压等于额定电压时，灯泡正常发光，因此先让电压表测量灯泡两端电压，使灯泡正常发光，然后测量出灯泡和定值电阻两端的电压，再结合串联电路的特点和欧姆定律求出电路中的电流，最后根据P=UI表示出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）灯泡额定电压是3.8V，电压表选0～15V量程；电流表、灯泡、滑动变阻器联接入电路，电压表并联在灯泡两端，滑动变阻器按一上一下的原则接线；如图所示：
；
（2）连好电路，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，说明故障为断路；电压表有示数，说明在电压表两接线柱之间的电路是断路，因此故障为灯泡处断路；
（3）测量灯泡额定功率时，闭合开关，此时电压表的示数为3V，小于灯泡的额定电压，应增大灯泡两端的电压，减小滑动变阻器两端的电压，减小滑动变阻器的电阻，故向右移动滑动变阻器的滑片P，眼睛应先注视电压表的示数，当小灯泡的电压为额定电压3.8V时，读出电流表示数；
根据实物图可知电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，故电流表示数为0.4A；所以灯泡的额定功率为P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
灯泡的电阻为：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.4A}$=9.5Ω；
（4）实验时闭合开关，两表均有示数，若将小灯泡从灯座中取走，此时电路相当于电压表与滑动变阻器串联，由于电压表的电阻太大，电路中的电流几乎为零，因此电流表无示数，而电压表有示数（几乎为电源电压）．
（5）①闭合开关S_l，将S₂拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为3.8V；
②再将开关S₂拨到触点1，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数U，由于串联电路两端电压等于各部分电压之和，所以灯泡正常发光时，定值电阻R₀两端的电压为U-3.8V，由欧姆定律可得，此时通过灯泡的电流：I=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$；
③灯泡额定功率的表达式：P_额=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡处断路；（3）电压表；1.52；9.5；（4）有；无；（5）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

点评 本题考查了实物电路的连接、故障分析、电流表读数、额定功率的计算以及实验步骤的设计等问题；（5）有一定的难度，要根据测量小灯泡功率的原理以及串联电路的特点完成实验步骤．