Question

12．在测定小灯泡额定功率的实验中 （所用灯泡的额定电压U₀=3.8V）．
（1）王强小组采用图a的方案，闭合开关后，发现无论怎样移动滑片P，灯都不亮，电流表示数始终为0，电压表示数约为6V，则电路中出现的故障可能是灯丝断路；排除故障后，调节滑动变阻器，直到电压表的示数为3.8V，观察到电流表示数如图b所示，则小灯泡的额定功率为1.14W．
（2）姚远小组设计了另一种实验方案（其中电源电压未知，电阻R的阻值已知）．

①根据电路如图c所示，连接好实物图d；
②开关S拔到位置1，移动滑片P至任一位置，读出电流表示数I₁；
③开关S拔到位置2，滑片位置不动，读出电流表示数I₂，先算出灯泡的电阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；（请你用所测的物理量表示），再根据，P₀=$\frac{{U}_{0}^{2}}{{R}_{L}}$计算灯泡的额定功率．
他们按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，
原因是灯泡未在额定电压下发光，灯丝的温度变化导致灯丝的电阻变化．仔细分析后，他们认为要准确测出灯泡的额定功率，只需将上述步骤2改为开关S拨到位置1，移动滑片P，使电流表示数为I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．．

Answer 1

分析 （1）电压表的示数为6V，说明电压表接在电源两端，而灯泡不亮，故灯泡断路；根据P_额=U_额I_额可求出灯泡的额定功率；
（2）根据电路图连接实物图时，应根据电路路径一条一条支路连接且要注意一一对应；根据开关S拨到位置1和开关S拨到位置2时，电路中三个电阻的连接方式没有发生改变，由②可得灯泡两端电压U=I₁R，由③得灯泡电流I=I₂-I₁，然后根据欧姆定律可求灯泡电阻．

解答 解：（1）电压表的示数为6V，电压表接在电源两端，说明电路故障可能为灯泡断路或滑动变阻器连入电路的阻值为0Ω，灯泡不亮且电流表无示数，所以电路故障应为灯泡断路．因为电压表的示数为3.8V，所以灯泡正常发光，而电流表示数I=0.3A，故灯泡额定功率P_额=U_额I_额=3.8V×0.3A=1.14W．    
（2）①由图b可知，电流表的量程为0-0.6A，应串联接入电路中，如图所示：

②可得灯泡两端电压U=I₁R，而开关S由位置1拨到位置2时，电路中三个电阻的连接方式没有发生改变，所以此时灯泡两端电压仍然为I₁R，L与R并联，则灯泡电流I=I₂-I₁，由欧姆定律得灯泡电阻：R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．
③由于电流的热效应，当灯泡发光时，灯丝的电阻会随温度升高而变大，所以当灯泡两端电压不等于其额定电压时，求出的电阻就不等于其正常发光时电阻，从而求出的功率就不是额定功率；所以要想求灯泡额定功率，就必须让灯泡两端电压等于额定电压．要准确测出灯泡的额定功率，必须让灯泡在额定电压工作，当电路中的电流为I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$时，灯泡两端的电压为U₀，灯泡正常发光．
故答案为：（1）灯丝断路；1.14；（2）①如上图；②$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；灯泡未在额定电压下发光，灯丝的温度变化导致灯丝的电阻变化；开关S拨到位置1，移动滑片P，使电流表示数为I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

点评 本题考查了学生对额定功率的理解，利用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求额定电功率时，必须要注意R是否改变，若R是变化的，则该公式不可用．抓住只有当用电器两端的电压等于额定电压时，测出的功率才是额定功率是解题的关键．