Question

5．在“測定小燈泡額定功率”的實驗中，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V．
（1）請在圖甲中用筆畫線代替導線，完成電路連接．

（2）連接電路，閉合開關后，燈泡不亮，電壓表有示數且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，產生這一現象的原因可能是燈泡斷路．
（3）排除故障后，在將滑動變阻器的滑片從一端緩慢移到另一端的過程中，發現電壓表示數U與滑片移動距離x的關系如圖乙所示，電壓調節非常不方便，這是由于選用了A（選填“A”或“B”）滑動變阻器．
可供選用的滑動變阻器
滑動變阻器A（阻值范圍0-500?，滑片行程10cm）；
滑動變阻器B（阻值范圍0-50?，滑片行程10cm）．
（4）換用了另一個滑動變阻器并接通電路后，移動滑片位置，當電壓表的示數為3.8V時，電流表的示數如圖丙所示，其讀數為0.5A．
（5）實驗中剛剛測完上述（4）中的一個數據，電流表突然損壞了．他們找到了一個阻值為10?的定值電阻和一個單刀雙擲開關并設計出電路圖丁，重新進行了測量．請完成以下步驟：
步驟一：S₂與接線柱1接通，閉合S₁，調節滑動變阻器滑片，使電壓表示數為3.8V．
步驟二：保持滑動變阻器阻值不變（選填“變大”、“不變”、“變小”），將S₂改與接線柱2接通，讀取電壓表讀數U_R．
步驟三：斷開S₁、S₂，整理器材．
③寫出燈泡額定功率的表達式P=$\frac{{0.836{U_R}}}{{6-{U_R}}}$．（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）根據燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，且并聯在燈泡兩端，滑動變阻器按一上一下的原則串聯在電路中；
（2）電壓表有示數說明電壓表與電源之間是通路，燈泡不亮、電流表指針幾乎不動說明電路斷路，則電壓表并聯部分斷路；
（3）由圖乙可知滑片移動時燈泡兩端電壓的變化，根據電壓調節方便的原則確定滑動變阻器的規格；
（4）根據電流表的量程和分度值讀出丙圖的示數；
（5）根據串聯電路的電流的特點和歐姆定律求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，利用P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為3.8V，則電壓表的量程為0～15V，且與燈泡并聯，滑動變阻器的任意上方接線柱與燈泡串聯，如下圖所示：

（2）連接電路，閉合開關后，燈泡不亮，電壓表有示數且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，說明電壓表并聯部分斷路，可能是燈泡斷路；
（3）由圖乙可知，滑片移動時燈泡兩端電壓的變化開始不很不明顯，說明滑動變阻器選擇最大的阻值較大，為使電壓調節方便應選B滑動變阻器；
（4）由實物電路圖可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，則乙圖中電流表的示數為0.5A；
（5）實驗步驟：①電路圖如圖所示．
②步驟一：S₂與接線柱1接通，閉合S₁，調節滑動變阻器滑片，使電壓表示數為3.8V．
步驟二：保持滑動變阻器阻值不變，將S₂改與接線柱2接通，讀取電壓表讀數U_R．
步驟三：斷開S₁、S₂，整理器材．
③根據滑動變阻器的不變得：$\frac{6V-3.8V}{I}$=$\frac{6V-{U}_{R}}{\frac{{U}_{R}}{{R}_{0}}}$，
解得：I=$\frac{0.22{U}_{R}}{6-{U}_{R}}$
小燈泡的額定功率為：
P=UI=3.8V×$\frac{0.22{U}_{R}}{6-{U}_{R}}$=$\frac{{0.836{U_R}}}{{6-{U_R}}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）A；（4）0.5；（5）3.8；不變；$\frac{{0.836{U_R}}}{{6-{U_R}}}$．

點評 本題考查了測定小燈泡額定功率的實驗，涉及到實物電路圖的連接、電路故障的判斷、滑動變阻器規格的選擇、電流表的讀數以及實驗的設計等，涉及到的知識點較多，綜合性強，平時注意多積累相關知識、多總結解題方法．