Question

8．在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，已連接的部分電路如圖a所示．圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V”字樣．

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)物電路連接完整． 
（2）正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開(kāi)關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是：燈泡斷路或燈座斷路．
（3）故障排除后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，當(dāng)變阻器滑片滑到圖示位置時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.0V．接著應(yīng)將滑片向右（填“左”或“右’）滑動(dòng)，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表?yè)p壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電流表測(cè)定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)．于是向老師要了一個(gè)阻值為R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)（符號(hào)為：），借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)．假如由你來(lái)做該實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案．
①在虛線框c內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
 ②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟：
a．閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b．保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．．
③寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．（用已知量和測(cè)量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，且并聯(lián)在燈泡兩端，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則與燈串聯(lián)在電路中；
（2）燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路存在斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路或燈座斷路；
（3）比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；根據(jù)圖b電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
 （4）實(shí)驗(yàn)器材中沒(méi)有電流表，電壓表和定值電阻應(yīng)起到電流表的作用，所以應(yīng)將燈與定值電阻串聯(lián)．先將電壓表與燈并聯(lián)，通過(guò)移動(dòng)變阻器的滑片使燈正常工作；在保持滑片位置不動(dòng)的情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，使電壓表測(cè)量燈與定值兩端的總電壓U，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，各用電器的電壓不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，求出定值電阻的電壓，從而求出通過(guò)其電流大小，即燈正常工作時(shí)的電流大小，根據(jù)P_額=U_額I_R0表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）測(cè)燈泡功率實(shí)驗(yàn)，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，電流表測(cè)通過(guò)燈泡的電流，實(shí)物圖連接如下圖1所示：

（2）發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是燈泡斷路或燈座斷路；
（3）電壓表示數(shù)為3V小于燈泡額定電壓，為測(cè)燈泡額定電壓，應(yīng)增大燈的電壓，減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的阻值大小，所以，應(yīng)向右移動(dòng)滑片，使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V；
由圖b知，電流表量程為0～0.6A，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①在上面分析的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)電路圖如下圖2所示：

②實(shí)驗(yàn)步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為3.8V；
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
③在②中，因電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，各用電器的電壓保持不變，所以燈仍正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，定值電阻的電壓U_定=U-3.8V，通過(guò)其的電流，即燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流I_R0=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{0}}=\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率
P_額=U_額I_R0=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．
故答案為：
（1）見(jiàn)上圖1；
（2）燈泡斷路或燈座斷路
（3）右；1.52；
（4）①見(jiàn)上圖2；②a閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為3.8V；
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U；
③3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)燈的電功率，考查了電路的連接、故障的分析、實(shí)驗(yàn)操作、電表讀數(shù)、求燈泡額定功率及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，綜合性強(qiáng)，難度大，對(duì)能力要求高．