题目内容
12．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，正常发光时的电阻约为12Ω，所用滑动变阻器的规格为“50Ω 0.5A”．（1）请用笔画线代替导线把图甲中未完成的实物电路连接完整（要求滑片向A端滑动时小灯泡变亮）；
（2）正确连接好电路后，闭合开关前，滑片P应移到B（选填“A”或“B”）端．闭合开关，发现电压表和电流表均有读数，但小灯泡不亮，检查发现所有电学元件均完好，请你判断灯泡不亮的原因是：灯的实际功率过小．
（3）继续进行实验：闭合开关后，移动滑片P至某一处时电压表的示数如图乙所示，要使灯泡L正常发光，应将滑片P向B（选填“A”或“B”）端移动，灯泡正常发光时电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定电功率是1.14W．由于电压表的内阻很大，电流表内阻很小，假如考虑电表内阻对实验的影响，则测得的小灯泡额定功率比小灯泡真实的额定功率偏大 （选填“偏大”、“偏小”或“相等”）．
（4）某同学还想探究电流与电阻的关系，于是只将甲图中的灯泡换成定值电阻R，并使电压表的示数始终保持4V不变，多次更换阻值不同的定值电阻R，记录各次电流表的示数，在不更换其他器材和连接的情况下，为了能够完成实验并保证电路安全，他更换的定值电阻R的阻值范围是8-100Ω
（5）如果没有电流表，只有一只电压表，给你一个阻值为R已知电阻，请设计好电路图，并写出表达式P=3.8V×（$\frac{{U}_{LR}-3.8V}{R}$）．
分析 （1）实验中电流表、灯泡和滑动变阻器应连成串联电路，根据灯的额定电压确定电压表量程与灯泡并联，根据欧姆定律求了灯的额定电流确定电流表量程串联在电路中，根据滑片向A端滑动时小灯泡变亮，确定变阻器的接线；
（2）闭合开关前，滑片P应移到最大值处；当灯泡实际功率太小时，灯泡不发光由此分析原因；
（3）根据串分压的知识进行分析，在串联电路中，电阻越大分得的电压越多；在进行电流表的读数时，注意量程和分度值；将电压值和电流值代入公式P=UI计算出额定功率；
由图电流表测灯泡和电压表电流之和，由此根据P=UI分析即可；
（4）根据串联电路特点，分压原理和欧姆定律分析答题．
（5）若该电路中没有电流表，电压表和定值电阻应起到测量电流的作用，故将灯与定值电阻串联后再与变阻器串联；
要测灯的额定功率，首先使灯正常发光，先将电压表与灯并联，通过移动滑片的位置，使灯的电压为额定电压；保持滑片位置不动，通过开关的转换，使电压表测灯与定值电阻的电压，因此时各电阻的大小和电压不变，灯仍正常工作，根据串联电路电压的规律，可求出此时定值电阻的电压，由欧姆定律可求出灯的额定电流，根据P=UI可求出灯的额定功率．
解答 解：（1）小灯泡的额定电压为3.8V，电压表选用大量程与灯工商联，正常发光时的电阻约为12Ω，由欧姆定律，灯正常工作时的电流约为：
I=$\frac{U}{R}=\frac{3.8V}{12Ω}$≈0.32A，电流表选用小量程串联在电路中，因要求滑片向A端滑动时小灯泡变亮，即电流变大，电阻变小，故将滑片以左电阻丝连入电路中，如下左所示：
（2）为了保护电路，闭合开关前，滑片P应移到最大值B端；
闭合开关，滑动变阻器阻值全部接入电路，电压表和电流表均有读数，电路不存在断路，灯泡也没有短路，但小灯泡不亮，可能是由于电路电阻太大，通过灯泡的电流太小，灯泡实际功率太小不足以引起灯泡发光造成的；
（3）电压表使用0-15V量程，分度值0.5V，由图乙，电压表示数为4V，说明小灯泡两端的电压高于额定电压，根据串联电路的分压原理，应增大滑动变阻器两端的电压，所以应向B端移动滑片，使灯泡两端的电压为额定电压3.8V；
由图丙，电流表的量程为0～0.6A，其分度值为0.02A，其读数为0.3A，所以小灯泡的额定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
由图电压表测灯泡两端电压是准确的，电流表测灯泡和电压表电流之和，所以电流表所测电流偏大，根据P=UI可知，测得的小灯泡额定功率比小灯泡真实的额定功率偏大；
（4）电源电压为6V，电阻两端电压为4V，滑动变阻器分压为2V，是定值电阻两端电压的$\frac{1}{2}$，滑动变阻器接入电路的阻值为定值电阻阻值的$\frac{1}{2}$，滑动变阻器最大阻值为50Ω，因此定值电阻最大阻值为100Ω；
由电流表量程和变阻器规格可知，电路中电流最大0.5A，此时电路电阻最小，
此时定值电阻的阻值为：
R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{最大}}$=$\frac{4V}{0.5A}$=8Ω，
即更换的定值电阻R的阻值范围是8～100Ω．
（5）根据上面的分析，设计电路如上右图，先闭合S、S1，调节变阻器的滑片，使灯的电压为3.8V，灯泡正常发光；保持滑片位置不动，断开S1，闭合S2，此时电压有测灯与定值电阻的总电压ULR，根据串联电路电压的规律和欧姆定律，此时电路中的电流，即灯的额定电流：
IL=$\frac{{U}_{LR}-3.8V}{R}$，灯的额定功率：
P=U额定IL=3.8V×（$\frac{{U}_{LR}-3.8V}{R}$）．
故答案为：（1）如上左所示；（2）B；灯的实际功率过小；（3）B；1.14；偏大；（4）8-100Ω；（5）3.8V×（$\frac{{U}_{LR}-3.8V}{R}$）．
点评 本题测量小灯泡电功率，考查电路的连接、注意事项、反常现象的分析、操作过程、额定功率的计算、误差分析，同时也考查了探究电流与电阻的关系对器材的要求及设计实验方案测额定功率的能力．难度较大．
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