Question

18．小明在拆装手电筒时，发现手电筒的小灯泡上标有“3.8V”的字样，但上面的电流值已经模糊不清，他想通过实验测量该灯泡正常发光时的电功率，图甲为他所连的实验电路．
（1）经检查发现电路接线有错误，小雨只做了一处改动就闭合开关进行实验．请在他接错的导线上打上“×”，并改正．
（2）电路连接正确后，闭合开关，发现灯泡不发光，电流表无示数，但电压表示数接近电源电压，则产生此故障的原因可能是灯泡断路．
（3）排除故障后继续实验时，小雨移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为3.8V 时，电流表的示数如图乙所示．则该小灯泡的额定电流为0.3A，正常发光时的功率为1.14W．

（4）在此实验的基础上，老师又出示了电阻Rx（大约1000欧），问：能否用上述器材测量该电阻的阻值？同学们通过分析，发现不可行，原因是：R_X电阻的阻值太大，电流太小，电流表无法精确测量出电流大小．
（5）小华同学在测量小灯的额定功率时，发现电流表损坏，却多了一个滑动变阻器R₀（最大阻值用R₀表示），他设计如图丙所示电路，测出了额定电压为U₀=3.8V的灯泡的额定功率，请补全下列步骤．
①闭合开关，先调节滑动变阻器R₀的滑片到最左端，再调节R的滑片，直到电压表示数为2.5V时为止；
②接着调节变阻器R₀的滑片到最右端，读出这时电压表的示数为U；
③小灯泡的额定功率表达式P=$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{0}）}{{R}_{0}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器依靠改变接入电路的电阻线的长度改变电阻，连接方法是“一上一下”；
为使小灯泡正常发光，电源电压必须大于或等于小灯泡的额定电压；
（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）读取电流表示数时，首先要明确电流表选择的量程和对应的分度值；已知灯泡额定电压和正常工作的电流，利用公式P=UI计算灯泡功率；
（4）在电源电压一定时，通过导体的电流随导体电阻的增大而减小，如果电路电流太小，电流表无法测量或测量误差太大，距此分析能否测待测电阻阻值；（5）由电路图可知，R₀的滑片位于左端时，电压表测灯泡两端的电压，调节滑动变阻器R使电压表的示数为2.5V，然后保持R接入电路中的电阻不变，调节R₀的滑片使其接入电路中的电阻最大，电压表测灯泡和R₀两端的电压之和，根据串联电路的电压特点求出R₀两端的电压，根据欧姆定律求出电路中的电流，根据P=UI求出灯泡的额定功率．

解答 解：
（1）由实物图知，滑动变阻器上面的两个接线柱同时接入了电路，此时移动滑片，不能改变电路电流，必须要“一上一下”选择接线柱；如下图．

（2）灯泡不发光，电流表无示数，说明某处发生了断路，电压表示数接近电源电压，说明与电压表并联的灯泡出现了断路．
（3）电流表选择的是0～0.6A量程，小灯泡正常工作的电流为I=0.3A，灯泡额定电压为U=3.8V，所以灯泡额定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）电流与电阻成反比，电阻越大，电流越小，由于电阻R_X阻值太大，接入电路后，电路电流太小，无法测出电流；
（5）实验步骤：
①闭合开关，先调节滑动变阻器R₀的滑片到最左端，再调节另一滑动变阻器的滑片，直到电压表示数为2.5V时为止；
②接着调节变阻器R₀的滑片到最右端，读出这时电压表的示数为U；
③因串联电路中总电压等于各分电压之和，
所以，R₀两端的电压U_R0=U-U₀，
因串联电路中各处的电流相等，
所以，电路中的电流I=$\frac{{U}_{{R}_{0}}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-{U}_{0}}{{R}_{0}}$，小灯光的额定功率P=U₀I=$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{0}）}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）电路图如上；（2）灯泡断路；（3）0.3；1.14；（4）R_X电阻的阻值太大，电流太小，电流表无法精确测量出电流大小；（5）①电压表示数为2.5V；②调节变阻器R₀的滑片到最右端；③$\frac{{U}_{0}（U-{U}_{0}）}{{R}_{0}}$．

点评 本题考查了电路连接、电路故障分析、电流表读数、灯泡功率、实验步骤的设计和评估；涉及到的知识点较多，综合性较强．