Question

5．某班同学到实验室做“测定小灯泡额定功率”的实验．被测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω．实验室有如下器材：电源（电压为6V）、电流表（0～0.6A  0～3A）、电压表（0～3V  0～15V）、开关各一个，导线若干，滑动变阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω  1A）．
（1）电压表应选用0～15V挡，滑动变阻器应选用R₂（选填“R₁”、“R₂”、“R₃”）．
（2）图1是小明画出的实验电路图，请你根据电路图用笔画线代替导线，帮他将图2中未完成的电路连接好，要求：滑动变阻器的滑片向右移动时，连入电路的阻值变小，导线不能交叉．
（3）实验电路接好后，合上开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下表所列的两种情况，根据现象和检测结果指出故障的可能原因：

故障现象	检测	故障原因
灯泡较暗、两表的示数均较小	移动滑动变阻器滑片，现象不变	①滑动变阻器同时接到下面两个接线柱
灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数	取下灯泡，两表的示数不变	②灯泡断路

（4）表为某小组的实验记录分析表：

实验序号	电压表示数/V	电流表示数/A	功率/W	额定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P额=$\frac{1.08+1.52+1.89}{3}$=1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老师认为该小组的数据处理过程有错误，你认为错误之处是额定功率不应求平均值，正确的测量结果是P_额=1.52 W．

Answer 1

分析 （1）由灯泡的额定电压确定电压表的量程．灯泡与滑动变阻器串联在约为6V的电源上，灯泡正常工作时，求得滑动变阻器电压，求得灯泡正常工作时的电流，即滑动变阻器电流，根据R=$\frac{U}{I}$计算需要的滑动变阻器的最小电阻．滑动变阻器最大电阻稍大于电路中需要的电阻．滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路中的最大电流．
（2）由电路图可知，电压表与灯泡并联，电流表与灯泡串联，注意两电表的量程和正负接线柱的连接；滑动变阻器的滑片向右移动时，连入电路的电阻变小可知此时要靠近下方右端接线柱．
（3）①灯泡较暗、两表的示数均较小，说明电路电阻太大；移动滑动变阻器滑片，现象不变说明滑动变阻器不能改变电路电阻，即滑动变阻器全部接入电路．
②灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数说明电路断路；取下灯泡，两表的示数不变说明灯泡断路．
（4）由于灯泡的实际功率不是定值，所以不能求平均值；当灯泡在额定电压下，灯泡正常工作时的实际功率等于灯泡的额定功率．

解答 解：
（1）灯泡的额定电压为3.8V，所以电压表选择0～15V量程．
灯泡正常工作时，电路电流约为I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
滑动变阻器两端电压U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑动变阻器电阻为R′=$\frac{U′}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑动变阻器的电阻太小，“500Ω 1A”滑动变阻器的电阻太大，不能满足实验需要．
所以选择“10Ω  0.5A”的滑动变阻器．
（2）电压表选15V量程与灯泡并联，电流表选0.6V的量程与灯泡串联，滑动变阻器右下方接线柱与灯泡串联，如下图所示：

（3）①灯泡较暗、两表的示数均较小，移动滑动变阻器滑片，现象不变，故障原因是：滑动变阻器同时接到下面两个接线柱．
②灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数，取下灯泡，两表的示数不变故障原因是：灯泡断路．
（4）由于灯泡的实际功率不是定值，所以不能通过求平均值的方法来求功率；该小组数据处理过程是错误的；
额定功率等于灯泡正常工作时的实际功率，即实际电压为3.8V时的实际功率1.52W．
故答案为：
（1）0～15V；R₂；
（2）如上图所示；
（3）①滑动变阻器同时接到下面两个接线柱；②灯泡断路；
（4）额定功率不应求平均值；1.52．

点评 本题考查了用伏安法测灯泡电功率的实验中电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用方法．对于电表量程的选择，应尽量使在不超过电表量程的前提下，使电表指针偏转幅度尽量大些，以保证可以多测几组数据，从而归纳出普遍结论．