Question

12．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，已连接的部分电路如图a所示．图中电源电压恒定，小灯泡上只能看到“3.8V”字样．

（1）请你用笔画线代替导线，将图中的实物电路连接完整．
（2）正确连接实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，其故障原因可能是灯泡断路．
（3）故障排除后开始实验，当变阻器滑片滑到图示位置时，电压表的示数为3.0V，接着应将滑片向右滑动，直至灯泡两端电压为额定电压，此时电流表的示数如图b所示．则灯泡的额定功率为1.52W．
（4）实验时某小组学生发现电流表损坏，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R₀的定值电阻（阻值适当），借助原有的实验器材，顺利完成了实验，接入由你来做实验，要求电路只连接一次，请设计实验方案．
①如图c的实验电路图．
②简述实验步骤．断开开关，保持滑动变阻器滑片位置不变，将电压表与R₀并联，读出电压表示数U．（用相应的字母表示测出得出物理量）
③写出灯泡额定功率的表达式P_额=$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．（用已知量和测量量表示）

Answer 1

分析 （1）根据额定电压确定电压表的量程，将电压表并联在灯的两端；变阻器接线柱要一上一下，与灯串联；
（2）根据灯的电压表有示数，说明与电压表两接线柱连接的电路是通路，电流表无示数，说明电路断路，据此分析故障的可能原因；
（3）根据分压原理确定滑片移动 的方向；认清电流表小量程的分度值读数，根据P=UI求灯的额定功率；
（4）由图知，灯泡与定值电阻、滑动变阻器串联组成电路，利用电压表分别测出灯泡和定值电阻两端电压以及灯泡两端的电压，调节滑动变阻器使灯泡两端的电压达到额定电压，然后测出定值电阻和灯泡两端的电压，根据串联电路的电流的特点和欧姆定律求出电路中的电流即为灯泡的额定电流，利用P=UI表示出灯泡的额定功率．

解答 解：（1）小灯泡上只能看到“3.8V”字样，即灯的额定电压为3.8V，所以电压表应选用大量程，变阻器接线柱要一上一下，与灯串联，如下图所示；

（2）灯泡不亮，电流表无示数，说明某处发生了断路；电压表有示数，说明电压表与电源连通，所以，正确连接实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数．其故障原因可能是与电压表并联的灯泡出现了断路．
（3）电压表的示数为3.0V小于灯的额定电压，所以应增大灯的电压，减小变阻器的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，所以，应将滑片向右移动，直至灯泡两端电压为额定电压；
电流表的小量程分度值为0.02A，示数为0.4A，灯的额定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52A；
（4）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．
③通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；
故答案为：（1）如上图所示；（2）灯泡断路；（3）右；1.52；（4）②断开开关，．保持滑动变阻器滑片位置不变，将电压表与R₀并联，读出电压表示数U；③$\frac{3.8×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

点评 本题测量小灯泡的额定功率，考查电路的连接、常见故障的分析、操作过程、功率的计算，影响电阻大小的因素等知识，是中考的热点问题．