Question

9．在“测量小灯泡电功率”的实验中，电源电压恒定为6V，小灯泡的额定电压为 3.8V．

（1）请用笔划线代替导线将电路连接完整（连线不能交叉）．
（2）连接电路后闭合开关，发现小灯泡不发光，电压表无示数，电流表有示数，则电路中发生的故障是小灯泡短路（选填“小灯泡断路”或“小灯泡短路”）．
（3）排除故障后，继续进行实验：闭合开关前，滑片p应移到B（选填“A”或“B”）端，闭合开关后，移动滑片P使电压表示数为3.8V时，电流表示数如图乙所示，则电流表示数为0.24A，小灯泡的额定功为0.192W．
（4）实验时某小组学生发现由电流表损坏，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在方框内画出实验电路图．
②简述实验步骤：（用相应的字母表示测出的物理量）
a．按图连接电路．
b．闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V．
c．保持滑动变阻器滑片的位置不变，S₂接2，读出电压表示数为U．
③写出小灯泡额定功率的表达式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）根据实验原理连接实物电路图．
（2）电流表有示数，说明整个电路是通路，电压表无示数，说明电压表被短路．
（3）为保护电路闭合开关前，滑片P置于滑动变阻器最大值处；根据电流表量程和分度值，读出电流表示数；由P=UI计算其额定功率；
（4）没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于2.5V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率．

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，实物电路图如图所示：

（2）如果小灯泡发生了断路，则电路为断路，电流表示数为零，电压表测量电源电压，不符合题意；
如果小灯泡发生短路，电流表有示数，电压表示数为零，符合题意；
（3）为保护电路闭合开关前，滑片P置于滑动变阻器最大值处，由图可知滑片P应置于B端；
由图可知，电流表使用的是0-0.6A量程，分度值为0.02A，由丙图可知电流表示数为0.24A；
此时灯光正常发光，灯泡的额定功率：P=UI=3.8V×0.24A=0.912W；
（4）①实验需要测出灯泡两端电压与通过灯泡的电流，可以把灯泡与定值电阻串联，测出定值电阻两端电压，由欧姆定律求出通过定值电阻的电流，由于灯泡与定值电阻串联，可以求出通过灯泡的电流，然后由P=UI求出灯泡额定功率，实验电路图如图所示：

②实验步骤：a、根据电路图连接电路，
b、闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V．
c、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通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；
故答案为：（1）见上图；（2）小灯泡短路；（3）B；0.24；0.912；
（4）①如上图所示；
②a．按图连接电路；
b．闭合S₁，S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V．
c．保持滑动变阻器滑片的位置不变，S₂接2，读出电压表示数为U．
③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验故障分析、实验操作、电表读数、求灯泡功率、实验设计等；对电表读数时要先确定其量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直；最后一问：实验设计是本题的难点，知道实验原理、应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题．