Question

15．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，图中电源电压为6伏且恒定，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．
（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，假如由你来做实验，要求电路只连接一次，请设计实验方案．
①在图c虚线框内画出实验电路图．
②简述实验步骤．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，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．（用相应的字母表示测出得出物理量）
③写出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，注意电表量程和变阻器的接法．
（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，据此分析故障的可能原因．
（3）在额定电压下灯泡的功率为额定功率，根据题意与电路图判断滑片的移动方向；由图示电表确定其分度值，读出其示数，然后由P=UI求出灯泡额额定功率．
（4）根据实验器材与实验原理分析答题．

解答 解：（1）测灯泡功率实验，电压表测灯泡两端电压，灯泡额定电压3.8V，所以电压表应使用0-15V量程，变阻器一上一下接入电路，实物电路图如图所示：
；
（2）灯泡不亮，电流表无示数，说明某处发生了断路，电压表有示数，说明与电压表并联的灯泡出现了断路．
（3）电压表示数为3V小于灯泡额定电压，为测灯泡额定电压，由电路图根据串联电路的分压原理可知，应向右移动滑片，使电压表示数等于灯泡额定电压3.8V；
由电路图可知，电流表量程为0～0.6A，由图示电流表可知，其分度值为0.02A，示数为0.4A，所以灯泡额定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（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，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，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通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{{R}_{0}}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）电路图如上图所示；（2）灯泡断路；（3）右；1.52；（4）①电路图如图所示；②实验步骤如上所述；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．