Question

5．小明为测量小灯泡正常发光时的电功率，设计了图1所示的电路图．已知电源电压为6V，灯泡的额定电压为3.8V，滑动变阻器标有“20Ω 1A”字样．

（1）闭合开关S前，滑片P应滑到最右端．（选填“左端”或“右端”）
（2）图2是小明根据电路图连接的实物图．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡亮度不变；经检查，是由于一根导线连接错误．请你在实物图中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（3）正确连接电路后，闭合开关，发现灯泡不发光，电流表无示数．任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变约为6V．故障原因是灯泡断路．
（4）小明排除故障后，继续实验．移动滑动变阻器使电压表的示数为3.8V时．电流表的示数（如图4所示），小灯泡的额定功率是1.216W．
（5）在实验过程中，小明发现电压表的示数和电流表的示数不成正比，原因是灯丝电阻随温度的升高而增大．
（6）小明完成上述实验后，小红发观电流表已坏，她利用剩余器材和老师又给的两个开关S₁、S₂一个定值电阻R₀及导线，也完成了对小灯泡额定功率的测量．图5是小红完成实验设计的电路图，请补充实验步骤和表达式．
①闭合开关S、S₁，移动滑片使电压表示数等于灯泡额定电压3.8V，使灯泡正常发光；
②保持滑片位置不变，断开开关S₁，闭合开关S₂，读出电压表示数U；
③P_额=$\frac{6V}{U-6V}•{R}_{0}$．

Answer 1

分析 （1）连接电路时，应断开开关；闭合开关前滑片应置于阻值最大处．
（2）电压表内阻很大，应与被测电路并联，如果电压表串联在电路中，电路断路，据此分析电路图答题．
（3）电流表无示数，电压表指针有偏转，说明电路是断路，问题出在与电压表并联的灯泡断路；
（4）当电压表示数等于灯泡额定电压时，灯泡正常发光；由图示电流表确定其量程与分度值，读出其示数，根据P=UI求出灯泡功率．
（5）灯泡电阻受温度影响，随温度升高而增大；
（6）把灯泡与定值电阻串联，应用串联电路特点及欧姆定律求出灯泡正常发光时的电流，然后由电阻公式求出灯泡正常发光时的电阻．

解答 解：（1）连接电路时，应将开关断开．闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于右端，此时滑动变阻器接入电路的阻值最大．
（2）与图乙所示电路图可知，电压表串联在电路中，电路断路，灯泡不发光；电压表应并联在灯泡两端，电路图如图所示．

因为灯泡与滑动变阻器并联，并联电路各个支路互不影响，故滑片移动时，灯泡的亮度不变；
（3）正确连接好电路后，闭合开关，发现小灯泡不发光，可能电路存在开路或电压表与小灯泡并联部分短路，
电压表指针偏转，电流表指针没有偏转，说明电路存在开路；
综上所述，产生此故障的原因可能是小灯泡开路；
（4）调节滑动变阻器，当电压表示数等于灯泡额定电压3.8时，灯泡正常发光；由电路图可知，电流表量程为0～0.6A，由图丙所示电流表可知，其分度值为0.02A，示数为0.32A，根据P=UI=3.8V×0.32A=1.216W；
（5）由于灯丝的电阻受温度影响，随灯泡温度升高而增大，所以通过小灯泡的电流与其两端的电压不成正比；
（6）①闭合开关S、S₁，移动滑片使电压表示数等于灯泡额定电压3.8V，使灯泡正常发光；
②保持滑片位置不变，断开开关S₁，闭合开关S₂，读出电压表示数U，则电阻R₀两端电压U₀=U-U_L=U-6V；
③电路电流I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，灯泡正常发光时的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}}$=$\frac{3.8V}{U-3.8V}•{R}_{0}$
故答案为：（1）右端；（2）如上图；亮度不变；（3）灯泡断路；（4）3.8；1.216；（5）灯丝的电阻随温度的升高而增大；
（6））①闭合开关S、S₁，移动滑片使电压表示数等于灯泡额定电压6V，使灯泡正常发光；
②保持滑片位置不变，断开开关S₁，闭合开关S₂，读出电压表示数U；③$\frac{3.8V}{U-3.8V}•{R}_{0}$．

点评 本题考查了修改电路图、实验注意事项、电表读数、求电阻、影响灯丝电阻的因素特殊的测电阻的方法等问题；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