Question

14．在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，燈泡中標有“3.8V”字樣，電源電壓恒定．

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整；
（2）連接完實驗電路后，開關試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，其故障原因可能是燈泡斷路；
（3）故障排除后，開始實驗，在移動滑動變阻器滑片的過程中，眼睛應注視電壓表 的示數(shù)，直到燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）完成上述實驗后，小聰向老師要了一個已知阻值為R₀的電阻和一個單刀雙擲開關，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設計了如圖丙所示的電路，也測出了燈泡的額定功率．請完成下列實驗步驟：
①閉合開關S₁，將S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8 V；
②再將開關S₂撥到觸點1，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U；
③燈泡額定功率的表達式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$ （用已知量和測得量表示）．

Answer 1

分析 （1）由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，電壓表與燈泡并聯(lián)，注意電壓表的正負接線柱，滑動變阻器選擇一上一下串聯(lián)在電路中．
（2）電壓表有示數(shù)，說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，從而判斷出故障的可能原因．
（3）根據(jù)“燈泡兩端的電壓為額定電壓時，燈泡的功率為額定功率，燈泡正常發(fā)光”解決此題；根據(jù)實物圖可知電流表的量程，并讀出電流表的示數(shù)；利用P=UI計算燈泡的額定功率；
（4）當燈泡兩端電壓等于額定電壓時，燈泡正常發(fā)光，因此先讓電壓表測量燈泡兩端電壓，使燈泡正常發(fā)光，然后測量出燈泡和定值電阻兩端的電壓，再結(jié)合串聯(lián)電路的特點和歐姆定律求出電路中的電流，最后根據(jù)P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）燈泡額定電壓3.8V，所以電壓表應選用0-15V量程且與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器一上一下串聯(lián)入電路，如圖所示：
；
（2）連好電路，開關試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說明在電壓表兩接線柱之間的電路是斷路，因此故障為燈泡斷路；
（3）測量燈泡額定功率時，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片P，眼睛應先注視電壓表的示數(shù)，當小燈泡的電壓為額定電壓3.8V時，讀出電流表示數(shù)；
根據(jù)實物圖可知電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，故電流表示數(shù)為0.4A，
所以燈泡的額定功率為P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①閉合開關S_l，將S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②再將開關S₂撥到觸點1，保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數(shù)U，由于串聯(lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和，所以燈泡正常發(fā)光時，定值電阻R₀兩端的電壓為U-3.8V，由歐姆定律可得，此時通過燈泡的電流：I=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$；
③燈泡額定功率的表達式：P_額=U_額I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）電壓表；1.52；（4）①3.8；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了實物電路的連接、故障分析、電流表讀數(shù)、額定功率的計算以及實驗步驟的設計等問題；（4）有一定的難度，要根據(jù)測量小燈泡功率的原理以及串聯(lián)電路的特點完成實驗步驟．