Question

20．小花在“测量小灯泡的额定功率”实验中，灯泡上标有“3.8V”字样，电源电压恒定．

（1）请你用笔画线代替导线，将图1中的实物电路连接完整．
（2）连接完实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮电压表无示数，电流表有示数，其故障原因可能是：灯泡短路．
（3）工故障排除后，开始实验，在移动变阻器滑片的过程中，眼睛应注视电压表的示数，直至灯泡正常发光，此时电流表的示数如图2所示，则灯泡的额定功率为1.52W．
（4）完成上述实验后，小花看到滑动变阻器的铭牌模糊不清，于是想测量滑动变阻器的最大电阻R．她找来一个已知阻值为R₀的定值电阻替换了灯泡，同时撤去了电压表，并利用余下的器材（电压未知的电源、量程合适的电流表、滑动变阻器、开关各一个、导线若干），在不改动电流表位置及连线的情况下，很快测出了R的大小．
①请你把设计的电路图画在图3所示的虚线框内．
②简述实验过程中要测量的物理量并用相应的字母表示．
（a）两个开关均闭合，记下电流表示数I₁
（b）只断开S₂，记下电流表的示数I₂．
③R=$\frac{{{I}_{1}R}_{0}{{-I}_{2}R}_{0}}{{I}_{2}}$（用已知量和测量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根据灯的额定电压确定电压表的量程，电压表并联在灯的两端，变阻器按一上一下的原则接入电路中；
（2）电流表有示数，说明电路为通路，灯泡不亮可能是灯断路或短路；电压表无示数，可判断出可能的故障为与电压表并联的灯泡短路了；
（3）根据电流表小量程读数，根据P=UI求灯的额定功率；
（4）在没有电压表的情况下，电流表和定值电阻R₀应起到电压表的作用．将变阻器最大阻值R_x与定值电阻R₀串联在电源两端，通过开关闭合，使变阻器短路，记下电流表示数I₁，根据欧姆定律则出电源电压，然后断开开关，再测出变阻器最大阻值与定值电阻R₀串联的电流I₂，利用欧姆定律计算出变阻器的最大阻值R_x．

解答 解：（1）灯泡上标有“3.8V”字样，说明灯的额定电压为3.8V，电压表选用大量程，并联在灯的两端；变阻器接线柱按一上一下的原则与灯串联，如下图4所示：

（2）经分析，发现灯泡不亮电压表无示数，电流表有示数，其故障原因可能是灯泡短路；
（3）由图1提示，电流表选用小量程，在图2中，电流表小量程的分度值为0.02A，示数为0.4A，则灯的额定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①在上面分析基础上，将变阻器与定值电阻串联，开关S₂与变阻器并联，设计的电路 图下图5所示：

②（a）两个开关均闭合，记下电流表示数I₁；
（b）只断开S₂，记下电流表的示数I₂；
③在②（a）中，电阻R_x被短路，根据欧姆定律，电源电压U=I₁R₀；
在②（b）中，两个电阻串联，此时R₀两端的电压U₀=I₂R₀，由串联电路电压的规律，则R_x两端的电压U_x=U-U₀=I₁R₀-I₂R₀；
则R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{2}}=\frac{{{I}_{1}R}_{0}{{-I}_{2}R}_{0}}{{I}_{2}}$．
故答案为：（1）如上图4所示；
（2）灯泡短路；
（3）1.52；
（4）①如上图5所示；
②（a）两个开关均闭合，记下电流表示数I₁；
（b）只断开S₂，记下电流表的示数I₂
③$\frac{{{I}_{1}R}_{0}{{-I}_{2}R}_{0}}{{I}_{2}}$．

点评 本题涉及测灯泡的电功率与测电阻两个实验，考查电路的连接、故障的分析、额定功率的计算及设计实验方案测电阻的能力，综合性较强．