Question

18．在“测小灯泡电功率”的实验中，实验室为每个小组提供的器材有：电压恒为5V的电源一个，电流表（0～0.6A、0～3A）、电压表（0～3V、0～15V）各一个，开关一个，标有“20Ω  lA”的滑动变阻器一个，导线若干，额定电压为3.8V小灯泡一个．实验前电压表与电流表均已调零．
第一小组的同学实验时按如图甲所示方式连接电路．

（1）连接电路时，开关应断开．（选填“闭合”或“断开”）
（2）开关闭合前，应把滑动变阻器的滑片调到A（选填“A”或“B”）端．
（3）闭合开关，发现小灯泡不发光，电流表有示数，电压表无示数，则故障原因可能是小灯泡短路．
（4）排除故障后，调节滑片到某一位置时，灯恰好正常发光．此时电流表的示数如图乙，则通过小灯泡的电流为0.4 A，小灯泡的额定功率为1.52 W．
（5）该小组的同学们经过多次实验，记录了多组电压与电流值，并绘出如图丙所示图象．通过分析图象，发现小灯泡灯丝电阻是变化的，这是由于灯丝电阻随溫度而改变．
（6）第二小组的同学在实验中发现，本组的电压表0～15V的量程已损坏，而0～3V的量程可以使用．经过研究设计了如图丁所示电路，完成了小灯泡功率的测量．实验时，调节滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为1.2V时，小灯泡正常发光．
（7）第二小组的同学在实验过程中，为保证电表不超量程，小灯泡不超额定值．滑动变阻器接入电路的阻值范围为3Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）在接线过程中，开关应处于断开状态．
（2）在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移到阻值最大处．
（3）电流表有示数，说明整个电路是通路，电压表无示数，由此找故障的原因．
（4）根据图乙知电流表量程和分度值，读出其示数，根据P=UI计算小灯泡的额定功率．
（5）分析图象可知灯泡电阻是变化的，从温度影响电阻的角度分析原因．
（6）由串联电路的电压特点分析说明．
（7）保证电压表不超量程，小灯泡不超额定值，根据串联电路特点和欧姆定律结合图象计算滑动变阻器接入电路的阻值范围．

解答 解：
（1）为了保护电路，在接线过程中，开关应断开，以避免因接线错误造成短路将电源烧坏；
（2）为了避免电路中电阻过小而烧坏电源或电表，在闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移到阻值最大处，即A端．
（3）电流表有示数，说明整个电路是通路，而电压表无示数，灯泡也不亮，所以故障的原因可能是能灯泡短路了．
（4）由图乙电流表使用的是0-0.6A量程，分度值0.02A，示数为0.4A，此时灯恰好正常发光，所以小灯泡的额定功率：P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（5）从图象还可以看出，小灯泡灯丝的电阻随电压的增大逐渐变大．这是因为，随着电压的增大，灯的实际功率也逐渐增大，灯的温度逐渐升高，而金属的电阻随温度的升高而增大，所以灯丝电阻变大．
（6）由图丁，电压表测滑动变阻器两端电压，当灯泡正常发光时电压为3.8V，此时滑动变阻器两端电压U_变=U-U_额=5V-3.8V=1.2V，即电压表示数为1.2V时，小灯泡正常发光．
（7）由题为使电压不超量程，小灯泡不超额定值，电压表示数最大3V，最小1.2V，
当电压表示数最小为1.2V时，变阻器连入阻值最小，灯正常工作，I=I_L=I_变=0.4A，
所以变阻器连入的最小值R_变=$\frac{{U}_{变}}{{I}_{变}}$=$\frac{1.2V}{0.4A}$=3Ω；
当电压表示数最大为3V时，变阻器连入阻值最大，灯泡电压U_L=5V-3V=2V，由图象可知此时I′=I_L′=I_变′=0.25A，
所以变阻器连入的最大值R_变′=$\frac{{{U}_{变}}^{′}}{{{I}_{变}}^{′}}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
故为保证电压不超量程，小灯泡不超额定值，滑动变阻器接入电路的阻值范围为3Ω-12Ω．
故答案为：（1）断开；（2）A；（3）小灯泡短路；（4）0.4；1.52；（5）灯丝电阻随溫度而改变；（6）1.2；（7）3Ω-12Ω．

点评 本题涉及到的知识很多，实验注意事项、电路故障时，电流表的读数，分析电阻和温度的关系，多次测量的目的等等，综合性很强．关键是能从图象中获取有用的信息．