Question

15．在测3.8V小灯泡（电阻大约为10Ω左右）额定功率的实验时，小明连接了如图甲所示的电路，其中电源电压为6V．
（1）请将实物电路连接完整（要求：滑动变阻器的滑片向右移动时小灯变亮）．
（2）下表为某小组的实验记录：

实验序号	电压表示数/V	电流表示数/A	实际功率/W	额定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P额=$\frac{1.08W+1.52W+1.89W}{3}$
2	3.8	0.40	1.52
3	4.5	0.42	1.89

该小组数据处理的过程是否正确？不正确；小灯泡的额定功率为1.52W．
（3）在（1）题的基础上，撤去电流表，新增一个阻值已知的定值电阻R₀和开关S₁、S₂，小林设计了如图乙所示的电路，请将电压表（）开关S₂（）填入图中合适的虚线方框内．
以下是她设计的实验方案，请将它补充完整：
①只闭合开关S和S₁，移动变阻器的滑片P，使电压表的示数为3.8V；
②保持滑片位置不动，只闭合开关S和S₂，读出电压表的示数为U；
③利用上述测量出的物理量及已知量，写出小灯泡额定功率的表达式是：P=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，．

Answer 1

分析 （1）根据灯的额定电压确定电压表量程与灯并联，根据滑动变阻器的滑片向右移动时小灯变亮确定变阻器的连接；
（2）灯在额定电压下的功率为额定功率，在不同的电压下，灯的功率不同，故将不同电压下的功率取平均值作为额定功率不正确；
（3）由于电流表已损坏，无法直接测得电流，故定值电阻和电压表应起到测量电流的作用，
先通过移动变阻器滑片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，测量出灯与定值电阻的总电压，因电路的连接关系没有改变，各电阻的大小和电压不变，故灯仍正常发光，根据串联电路电压的规律可求出定值电阻的电压，根据欧姆定律可求通过定值电阻的电流，即灯正常工作时的电流，根据P=UI求出灯泡的功率．据此设计电路图、写出实验方案．

解答 解：（1）灯的额定电压为3.8V，电压表选用大量程与灯并联，因滑动变阻器的滑片向右移动时小灯变亮，即电流变大，电阻变小，故将变阻器滑片以右电阻丝连入电路中，如下左图所示：

（2）灯在额定电压下的功率为额定功率，在不同的电压下，灯的功率不同，故将不同电压下的功率取平均值作为额定功率是没有意义的，故不正确；
由表中数据可知，灯的额定功率为 1.52W；
（3）根据上面的分析，左边框内填电压表，右边框内填S₂，如上右图所示；
实验方案：①只闭合开关S和S₁，移动变阻器的滑片P，使电压表的示数为3.8V；
②保持滑片位置不动，只闭合开关S和S₂，读出电压表的示数为U；
③在②的操作中，因各电阻的大小和电压不变，根据串联电路电压的规律，
则定值电阻两端的电压为：
U_定=U-U_L=U-3.8V，
通过定值电阻的电流为：
I=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，即灯的额定电流；
灯泡的额定功率为：
P=U_LI=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
故答案为：（1）如上左图所示；（2）不正确；1.52；（3）如上右图所示；①S₁；②S₂；③3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．

点评 本题测3.8V小灯泡（电阻大约为10Ω左右）额定功率的实验，考查电路的连接、数据的处理及设计实验方案的能力，有难度．