题目内容

4．李明、小华和小红三位同学各自进行“测定小灯泡电功率”的实验．实验中所用器材规格均相同，小灯标有“3.8V”字样，电源电压为6伏且保持不变．
（1）李明连接的电路如图所示，图中电路尚未连接完，请你用笔画线代替导线在图中正确连接．
（2）李明同学实验步骤正确，闭合开关后，发现小灯泡不亮，但电流表示数为0.3A，接下来他首先应进行的操作是C（选填字母序号）
A．检查电路是否断路
B．更换小灯泡
C．移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡是否发光
李明进行了上述正确的操作后，观察到小灯始终不亮，电流表示数会变化、但电压表示数始终为零．若电路中只有一处故障且只发生在小灯L或滑动变阻器R上，电路故障是小灯泡短路．
（3）小华的实验电路连接正确，但在刚好连接好最后一根导线时，小灯泡发出耀眼的白光后突然熄灭，此刻他会观察到电压表指针达到某一刻度（“回到0刻度”、“达到某一刻度”或“超过满刻度）
小华实验时，其部分实验数据和现象记录如表
实验次数电压表示数/V  电流表示数/A 灯泡亮度
 1 1 0.1 较暗
 2 3.8  正常发光
 3 4 0.36 强烈发光
由于小华粗心大意，没有记录灯泡正常发光时电流表的示数，于是他根据第一次实验数据计算出灯泡电阻：R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω，再计算出灯泡两端电压为3.8V时的功率：P=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{R}$=$\frac{（3.8V）^{2}}{10Ω}$=1.444W．请你帮他判断，小灯泡的额定功率应小于1.444W（选填“大于”、“等于”、“小于”）
（4）小红按电路图正确接线，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，灯泡正常发光时，电压表指针偏转角度较小，根据测量时电表示数超过所用量程的一半可以减少误差的原则，小红将电路略做改动依然完成了实验（电源电压为6V且稳定不变），他的改动是：电压表并联在滑动变阻器两端．然后闭合开关，移动变阻器的滑片，当电压表示数为2.2V时，小灯泡正常发光，此时可根据电流表的读数计算出小灯泡的额定功率，小红受到“伏安法测电阻”实验的影响，为减少实验误差，小红灵机一动，还测出了几组小灯泡在不同电压下的电功率，并求出它们的平均值作为小灯泡的额定功率．请你帮她判断，小红处理数据的方法是错误（选填“正确”或“错误”）的．

分析 （1）本实验中滑动变阻器、灯泡、电流表应串联，电压表与灯泡并联．
（2）闭合开关后，发现小灯泡不亮，但电表有示数，说明电路是通路，不用更换灯泡，也不用检查电路是否断路，可能是连入电阻太大，电路中电流太小所致，分析电阻过大的原因，然后进行下一步操作．
小灯泡不发光说明灯泡短路或电路中电流过小或电路某处断路，电流表的示数为0.3A说明不可能断路或电路中的电流过小．
（3）灯泡发出耀眼的白光后熄灭，说明两端电压超过额定电压太多，烧断灯丝出现断路．
灯泡电阻受温度影响，随温度升高而增大，由电功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析答题．
（4）灯泡正常发光时，发现电压表指针偏转角度很小说明电压表选择的量程过大，电源电压为6V，灯泡额定电压为3.8V，根据串联电路电压特点求得滑动变阻器电压为2.2V，超过0～3V量程的一半，即电压表用3V的量程且与滑动变阻器并联即可完成实验；
小灯泡在不同电压下的功率不同，在额定电压下的功率为额定功率．

解答 解：
（1）测定小灯泡电功率中，滑动变阻器、灯泡、电流表应串联，电压表与灯泡并联，如图所示：

（2）闭合开关前，滑片置于阻值最大处，闭合开关后，电流表有示数，说明电路是通路，电路不存在断路，滑动变阻器阻值全部接入电路，电路总电阻很大，电路电流很小，灯泡实际功率很小，可能不足以引起灯泡发光，下一步操作：移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光，即应进行C项操作．
小灯泡不发光说明灯泡短路或灯泡断路或滑动变阻器断路，电流表的示数为0.3A，说明灯泡不可能断路、滑动变阻器不可能断路，故电路中存在的故障可能是小灯泡短路．
（3）灯丝因电压太高烧断后，电压表与滑动变阻器、电源串联，所以测量电源电压，因此指针达到某一刻度．
灯泡电阻受温度影响，随温度升高而增大，
灯泡正常发光时的温度比测第一组数据时的温度高，电阻阻值大于10Ω，
电阻R偏小，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算出的功率偏大，所以灯泡的额定功率应小于1.444W．
（4）灯泡的额定电压为3.8V，电压表并联在灯泡的两端，电压表选择0～15V，但偏转角度太小、误差较大；
当灯泡正常发光时，灯泡和滑动变阻器串联在电路中，电源电压为6V，要使灯泡电压为3.8V，滑动变阻器两端电压U滑=6V-3.8V=2.2V，超过0～3V量程的一半；
故电压表选0～3V的量程，然后与滑动变阻器并联；
小红的做法错误，小灯泡在不同电压下的功率不同，在额定电压下的功率为额定功率．
故答案为：（1）见上图；（2）C；小灯泡短路；（3）达到某一刻度；小于；（4）电压表并联在滑动变阻器两端；2.2；错误．

点评 本题是测量灯泡的额定功率实验，考查了实物电路的连接，实验操作、电路故障判断、实验改进设计等．考查知识点多，综合性强，注重分析、解决问题能力的考查，有一点难度．

练习册系列答案
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