Question

6．在测“小灯泡的额定功率”的实验中，提供的器材有被测小灯泡（额定电压为3.7V，额定功率为0.8W）、学生电源（电压值为6V）、电流表、电压表各一个（为实验室电表）、开关、导线若干、滑动变阻器规格为“40Ω、1A”，设计的测量电路如图1所示，完成下面问题：
（1）按正常实验和量程连接好电路后，闭合开关，移动滑片，发现小灯泡始终不亮，且电压表有示数，电流表无示数，且灯泡完好，则故障的可能原因是AB间有断路．
（2）故障排除后，闭合开关移动滑动变阻器的滑片P到某一位置，电压表的示数如图2所示，记录电压表的数值是2.5V，要测量小灯泡的额定功率应将滑片P向C端滑动（选填“C”或“D”）．
（3）上述实验有一个明显的不足是灯泡的额定电压不能较准确测量，要较准确测量应该怎样改进电路：电压表并联在滑动变阻器两端，此时电压表的量程选小量程（选填“大量程”或“小量程”），且滑动变阻器的阻值闭合开关前不能（选填“能”或“不能”）至于电阻最大位置．
（4）当调节滑片P至某一位置，此时小灯泡工作在额定电压下，读取电流表的示数为0.24A，则小灯泡的额定功率为0.888W．

Answer 1

分析 （1）闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，灯泡始终不亮，且电压表有示数，电流表无示数，说明问题出在电压表两接线柱之间的电路，由此分析判断；
（2）明确电压表选择的量程和对应的分度值，读出电压表示数时；要测量灯泡额定功率，两端电压必须等于额定电压，根据串联电路电压与电阻成正比确定滑片移动方向；
（3）由于电压表使用0-15V量程，分度值较大，测量误差较大，由电源电压和灯泡额定电压，根据串联电路的电压特点分析解答改进措施；
先由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算灯泡电阻，再根据串联电路特点和欧姆定律计算变阻器连入最大值时变阻器两端电压，从而判断闭合开关前滑片能否置于最大值处；
（4）由P=UI计算灯泡的额定功率．

解答 解：
（1）电流表无示数，可能是电路中有断路发生，电压表有示数，说明电压表到电源间是通路，故障的可能原因是电压表两接线柱之间的小灯泡断路或AB间有断路；
（2）由题知，小灯泡额定电压为3.7V，由所以电压表选择的是0～15V量程，分度值为0.1V，由图2知，此时的灯泡两端电压为2.5V；
由于灯泡实际电压小于额定电压3.7V，由串联电路的分压原理知，应将滑动变阻器的滑片向C端调节，以减小变阻器连入阻值，减小变阻器分压，从而灯的两端的电压增大到3.7V；
（3）由于电压表使用0-15V量程，分度值较大，测量误差较大．
因为电源电压为6V和灯泡额定电压3.7V，根据串联电路的电压特点知灯泡正常工作时滑动变阻器两端电压：
U_滑=U-U_额=6V-3.7V=2.3V＜3V，所以为了更准确的测量电压电压表使用0-3V量程并联在滑动变阻器两端；
由题知，小灯泡额定电压为3.7V，额定功率为0.8W，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得灯泡电阻：
R_L=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{{P}_{额}}$=$\frac{（{3.7V）}^{2}}{0.8W}$≈17Ω，
由根据串联电路特点和欧姆定律可得变阻器连入最大值时变阻器两端电压：
U_R=IR_最大=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{最大}}$×R_最大=$\frac{6V}{17Ω+40Ω}$×40Ω≈4.2V＞3V，
即电压表示数会超过其量程，故闭合开关前不能将滑动变阻器滑片至于电阻最大位置；
（4）小灯泡工作在额定电压下，电流表的示数为0.24A，则小灯泡的额定功率为：
P=UI=3.7V×0.24A=0.888W．
故答案为：（1）AB间有断路；（2）2.5；C；（3）灯泡的额定电压不能较准确测量；电压表并联在滑动变阻器两端；小量程；不能；（4）0.888．

点评 本题是测灯泡额定功率的实验，考查了故障判断、误差分析和改进措施、串联电路特点和欧姆定律的应用以及功率的计算等，考查全面，综合性强，是一道好题．