Question

13．初三（2）班同学到实验室做“测定小灯泡额定功率”的实验．被测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω．实验桌上有如下器材：电源（电压为6V）、电流表（0-0.6-3A）、电压表（0-3V-15V）、开关各一个，导线若干，滑动变阻器三只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．小明同学设计的电路如图所示：

（1）请你将电压表选择适当的量程，用笔画线代替导线，帮小明同学将电路连接完整．
（2）滑动变阻器应选用R₂（选填“R₁”、“R₂”、“R₃”）
（3）实验电路接好后，合上开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下表所列的两种情况，请根据现象和检测结果指出故障的可能原因：

序号	故障现象	检测	故障原因
1	灯泡较暗、两表的示数均较小	移动滑动变阻器滑片，现象不变	滑动变阻器同时接到下面两个接线柱
2	灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数	取下灯泡，两表的示数不变	灯泡断路

（4）下表为某小组的实验记录分析表：

实验序号	电压表示数/V	电流表示数/A	功率/W	额定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P额=（$\frac{（1.08+1.52+1.89）}{3}$=1.50W
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老师认为该小组数据处理过程有误，你认为正确测量结果P_额=1.52W．

Answer 1

分析 （1）根据小灯泡的额定电压选择电压表的适当量程；
（2）灯泡与滑动变阻器串联在约为6V的电源上，灯泡正常工作时，求得滑动变阻器电压，求得灯泡正常工作时的电流，即滑动变阻器电流，根据R=UI计算需要的滑动变阻器的最小电阻．滑动变阻器最大电阻稍大于电路中需要的电阻．滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路中的最大电流．
（3）①灯泡较暗、两表的示数均较小，移动滑动变阻器滑片，现象不变，说明滑动变阻器不能改变接入电路中的电阻，原因是滑动变阻器接错；
②灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数说明电路断路；取下灯泡，两表的示数不变说明灯泡断路；
③灯泡不亮、电压表无示数、电流表有示数，说明电路短路；取下灯泡，两表的示数不变说明灯泡短路．
（4）不同电压下灯泡的功率不同，灯泡在额定电压下的功率是灯泡的额定功率，不能把不同电压下的功率的平均值作为额定功率．

解答 解：（1）小灯泡的额定电压为3.8V，应当选择电压表0-15V的量程；电压表与灯泡并联，滑动变阻器的右下方接线柱与灯泡串联组成电路，如下图所示：

（2）灯泡正常工作时，电路电流约为I=$\frac{U}{{R}_{L}}$$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，滑动变阻器两端电压为：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑动变阻器电阻为：R′=$\frac{U′}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω，所以滑动变阻器应选R₂（10Ω  0.5A）．
（3）①灯泡较暗、两表的示数均较小，移动滑动变阻器滑片，现象不变，故障原因是：滑动变阻器同时接到下面两个接线柱；
②灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数，取下灯泡，两表的示数不变故障原因是：灯泡断路．
（4）不同电压下灯泡的功率不同，灯泡在额定电压下的功率是灯泡的额定功率，取灯泡在不同电压下功率的平均值作为灯泡的额定功率是错误的．由表知，电压为额定电压3.8V时的功率是1.52W，即：额定功率是1.52W．
故答案为：（1）如上图所示；（2）R₂；（3）滑动变阻器同时接到下面两个接线柱；灯泡断路；（4）1.52．

点评 解决本题的关键：一是电压表、滑动变阻器的正确使用，二是欧姆定律的灵活运用，三是电路故障的判断，四知道额定电压下的功率为额定功率．