Question

11．某小组同学做“测定小灯泡的电功率”实验，实验器材有：电压为6V的电源，电压表、电流表、小灯泡（标有“3.8V 0.3A”字样），三个滑动变阻器（分别标有“5Ω 3A”、“10Ω 2A”、“20Ω 1A”字样）、开关、导线若干．
（1）连好电路后闭合开关，移动滑动变阻器的滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表、电流表均无示数，原因可能是D．（只填选项）
A．小灯泡断路  B．电压表短路  C．小灯泡短路   D．滑动变阻器断路
（2）正确连接电路并调节滑动变阻器滑片，测出的三次数据记录在表中，则小灯泡的额定功率为1.14W，所选用的滑动变阻器的规格是20Ω1A；

实验次数	灯泡两端电压（V）	电流（A）
1	3	0.26
2	3.8	0.3
3	4.5	0.32

（3）某铜须认为在该电路中不用滑动变阻器也可以完成“测定小灯泡的电功率”实验，你认为他的说法不可行（“可行”或“不可行”），原因是无法调节灯泡两端电压到灯泡的额定电压．
（4）实验时小组同学发现电流表损坏，他们想设计一个不用电流表测定该小灯泡额定功率的实验，于是向老师要了一个阻值适当且已知的定值电阻R0和一个单刀双掷开关（符号为（　　），借助原有的实验器材，顺利完成了实验，假如由你来做实验，要求电路只连接一次，请设计实验方案．
①在虚线框内画出实验电路图．
②简述实验步骤．

Answer 1

分析 （1）电流表无示数，则电路断路，电压表无示数，则与电压表并联电路以外的电路断路；
（2）根据表中实验数据应用P=UI分析答题．
（3）灯泡在额定电压下的功率为额定功率，据此分析答题；
（4）根据实验器材与实验原理分析答题．

解答 解：（1）小灯泡始终不亮，电压表、电流表均无示数，则电路发生断路，且与电压表并联的灯泡以外的电路断路，D符合题意；
A．若小灯泡断路，则电压表应有示数，A错误；
B．电压表短路，电流表应有示数，B错误；
C．小灯泡短路，则电流表应有示数，C错误；
D．滑动变阻器断路，则灯泡不发光，电路中没有电流，灯泡两端电压为零，D正确．
（2）由表中实验数据可知，灯泡额定电压3.8V对应的电流为0.3A，灯泡额定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
灯泡两端电压为3V时，滑动变阻器两端电压：U_R=U-U_L=6V-3V=3V，
此时滑动变阻器接入电路的阻值：R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{3V}{0.26A}$≈11.5Ω，所以应选择“20Ω  1A”的滑动变阻器．
（3）灯泡在额定电压下的实际功率等于额定功率，由题意可知，不用滑动变阻器不能把灯泡两端电压调节到灯泡的额定电压3.8V，因此该同学的建议不合理．
（4）①实验需要测出灯泡两端电压与通过灯泡的电流，可以把灯泡与定值电阻串联，测出定值电阻两端电压，由欧姆定律求出通过定值电阻的电流，由于灯泡与定值电阻串联，可以求出通过灯泡的电流，然后由P=UI求出灯泡额定功率，实验电路图如图所示：

②实验步骤：a、根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V．
b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．
通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{{R}_{0}}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）D；（2）1.14；20Ω  1A；（3）不可行；无法调节灯泡两端电压到灯泡的额定电压；（4）①见上图；②a、根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V；b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．

点评 本题考查了实验故障分析、实验操作、求灯泡功率、实验设计等；实验设计是本题的难点，知道实验原理、应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题．