Question

1．小明为了测量小灯泡发光时的电阻（阻值约10Ω左右）和电功率，设计了如图甲所示的电路图．已知电源电压为4.5V，灯泡的额定电压为3.8V，滑动变阻器标有“20Ω  1A”字样．
（1）图乙是小明根据电路图连接的实物图．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡不亮；经检查，是由于一根导线连接错误．请你在实物图中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线；

（2）小明改正错误后，闭合开关前变阻器的滑片应当移到B（选填“A”或“B”），则第1次次测得的小灯泡的电阻为10Ω； 从表中计算出三次小灯泡的电流跟电压不成正比，你认为可能的原因是小灯泡灯丝的电阻受温度影响．

实验次数	1	2	3
电压U/V	2.5	3.0	3.8
电流I/A	0.25	0.28	0.32

（3）由上表可以测得小灯泡的额定功率是1.216W；同组的小红认为为了减小测量误差应当取三次功率的平均值作为灯泡电阻，对此你的意见是灯泡在额定电压下的功率为额定功率，不能求不同电压下的功率平均值．
（4）若电压表0～15V的量程损坏，只有0～3V量程可用．为完成测定额定功率的实验，请你用原有器材重新设计一个电路的电路图画在上面的虚线框内；根据你的设计重新连接电路进行实验．闭合开关，移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为0.7V时，小灯泡正常发光，并记下此时电流值．
（5）若实验中所用器材均良好，但某同学在实验中发现电流表的指针正常偏转，而电压表的示数为零，且灯泡不亮，则电路中发生故障的可能原因是小灯泡短路．

Answer 1

分析 （1）电压表的内阻很大，串联在电路中．其它元件都相当于导线，都不能正常工作；
实物连接图中找错误之处，主要从电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用上考虑；
（2）闭合开关前，滑动变阻器处于最大阻值处，保护电路；根据表格中数据，利用R=$\frac{U}{I}$计算电阻；灯泡灯丝电阻受温度影响；
（3）灯泡正常工作时，电压表示数为灯泡的额定电压；知道灯泡的额定电压和额定电流，根据P=UI计算额定功率；灯泡在额定电压下的功率为额定功率，不能把不同电压下实际功率的平均值作为额定功率；
（4）电压表0～15V量程损坏，只能使用0～3V量程，灯泡正常发光时灯泡电压是3.8V＞3V，此时滑动变阻器两端电压是4.5V-3.8V=0.7V，因此电压表不能测灯泡两端电压，可用电压表测滑动变阻器两端电压，据此设计实验电路图；
（5）电流表的指针正常偏转，说明电路是通路；电压表指针几乎不动说明灯泡处的电阻很小，从断路和短路两种情况进行分析．

解答 解：
（1）由实物图可知，电压表串联在电路中．电压表的内阻很大，电路中几乎无电流，所以电流表无示数，灯泡不亮，电压表测量电源电压，电压表有示数；
由电路图知，电压表应与灯泡并联，变阻器与灯泡串联，所以修改实物连接如图所示：；
（2）滑动变阻器在电路中保护电路，滑动变阻器接左下接线柱，滑动变阻器滑片在B端接入电阻最大；
第1次测得的小灯泡两端电压、电流分别为：2.5V和0.25A，
由I=$\frac{U}{R}$得，灯丝的电阻：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{3.0V}{0.28A}$≈10.7Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$$\frac{3.8V}{0.32A}$≈11.9Ω；
实验时，灯丝长度、横截面积、材料不变，灯泡两端电压增大，灯丝温度升高，电阻增大；
（3）电压表测灯泡电压，灯泡正常工作时，电压表示数为灯泡的额定电压3.8V；由表格知，此时通过灯泡电流为0.32A，
所以小灯泡的额定功率：P=UI=3.8V×0.32A=1.216W；
灯泡在额定电压下的功率为额定功率，把不同电压下实际功率的平均值作为额定功率，是错误的，没有意义；
（4）电压表0～15V量程损坏，电压表与滑动变阻器并联，电路图如图所示：；
当灯泡电压为额定电压时，滑动变阻器两端电压，即电压表示数U_滑=U-U_L=4.5V-3.8V=0.7V，当电压表示数是0.7V时灯泡正常发光；
（5）电流表的指针正常偏转，说明电路是通路；电压表指针几乎不动说明灯泡处的电阻很小，灯泡不亮，故电路故障为灯泡短路．
故答案为：（1）不亮；见上图；
（2）；B；10Ω；小灯泡灯丝的电阻受温度影响；
（3）1.216；灯泡在额定电压下的功率为额定功率，不能求不同电压下的功率平均值；
（4）电路图如上所示；0.7；
（5）小灯泡短路．

点评 本题考查了连接实物电路图、求功率、电阻、误差分析等问题，综合性强，难度较大．