Question

14．在一次探究活动中各小组里都有一个标有“3.8V”字样小灯泡，任务是测出小灯泡的额定功率，于是利用老师提供的器材连接了如图甲所示的实验电路，电源电压恒定不变．
（1）测小灯泡的额定功率实验原理是P=UI．
（2）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整（要求滑片向左移灯泡变亮），并在虚线框画出电路图．
（3）闭合开关，移动滑动变阻器片，发现灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，其故障原因是灯泡短路．
（4）故障排除后，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，示数为0.38A，小灯泡正常工作时的额定功率是1.444 W．
（5）另一个小组的电流表坏了，老师给了一个已知阻值为R₀的定值电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，并帮助设计了如图丙所示的实险电路，也可以测出了小灯泡的额定功率，请你帮忙完成下列实验步骤：
①连接好实验电路，闭合开关S₁，将开关S₁拨到触点2（填“1”或“2”），移动滑片，使电压表的示数为3.8V．
②保持滑片的位置不动，再将开关S₂拨到触点1（填“1”或“2”），读出电压表的示数为U．
③小灯泡额定功率的表达式为P_额=$\frac{3.8V（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和测量量表示）．

Answer 1

分析 （1）测灯泡额定功率的实验原理是P=UI．
（2）由滑片向左移动灯泡变亮可知电路中的电流应变大，根据变阻器的使用即可应将变阻器滑片左边的电阻连入电路，据此连接实物图，画出电路图．
（3）常见电路故障有断路与短路两种，根据电路故障现象分析电路故障原因．
（4）由图示电流表读出其示数，然后由P=UI求出灯泡额定功率．
（5）由丙图可知：没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于3.8V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率．

解答 解：（1）伏安法测灯泡额定功率的原理是：P=UI．
（2）测灯泡额定功率的实验，变阻器应串联在电路中，由滑片向左移动灯泡变亮可知电路中的电流应变大，根据变阻器的使用即可应将变阻器滑片左边的电阻连入电路，因此接滑动变阻器的左下接线柱，实物电路图如图所示：

电路图如下：

（3）灯泡不亮，可能是灯泡发生短路或电路存在开路造成的，电流表有示数，说明电路是通路，电压表无示数，说明与电压表并联的灯泡电路出现短路，因此其故障原因是：灯泡短路．
（4）由甲图可知，电流表量程为0～0.6A，由乙图电流表可知，其分度值为0.02A，示数为0.38A，由P=UI=3.8V×0.38A=1.444W
（5）①根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接2，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V．
②保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接1，读出电压表示数U．
③通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；
故答案为：（1）P=UI；（2）如上图；（3）灯泡短路；（4）0.38；1.444；（5）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验故障分析、实验操作、电表读数、求灯泡功率、实验设计等；对电表读数时要先确定其量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直；最后一问：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．