Question

6．在“測量小燈泡電功率”的實驗中，電源電壓恒定為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V，正常發光時的電阻約為10Ω，滑動變阻器有A規格“5Ω 1A”、B規格“50Ω 1A”可選．

（1）請用筆畫線代替導線將甲圖中未完成的實物電路連接完整；
（2）實驗應選擇B（選填“A”或“B”）規格的滑動變阻器；
（3）閉合開關，發現燈泡不亮，兩電表均無示數．為了查找故障，小明將電壓表拆下，把導線a與燈泡正確連接好．在開關閉合狀態下，將電壓表分別接在電源、滑動變阻器及開關兩端，結果只有接在滑動變阻器兩端時，電壓表無示數，則出現故障的元件是開關斷路；
（4）故障排除后開始實驗，當變阻器滑片滑到某位置時，電壓表的示數為2.0V．接著應將滑片P向A端滑動，使燈泡L正常發光，此時電流表的示數如圖乙所示，則小燈泡的額定電功率是1.52W；
（5）如果電壓表量程0～15V損壞，量程0～3V能正常使用，仍利用現有的器材完成實驗，請在答卷紙上的方框內（圖丁）畫出你設計的電路圖．

Answer 1

分析 （1）根據小燈泡的額定電壓確定電壓表所選用的量程，電流表選用小量程，并注意變阻器接線柱與電壓接線柱的接法；
（2）燈泡正常發光時的電壓和額定電壓相等，根據歐姆定律求出此時電路中的電流，根據串聯電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出滑動變阻器接入電路中的阻值即可選擇器滑動變阻器的規格；
（3）電流表在干路上，無示數，說明電路故障為斷路；如果電壓有示數，說明與電壓表串聯的元件是完好的；如果無示數，說明與電壓表串聯的元件有斷路，或與電壓表并聯的元件短路或電路中無電源，據此判斷故障所在；
（4）根據電壓表小量程讀數，根據額定功率的定義和分壓原理確定滑片移動的方向；根據P=UI可求額定功率；
（5）電壓表0～15V量程損壞，只能使用0～3V量程，燈泡正常發光時燈泡電壓是3.8V＞3V，此時滑動變阻器兩端電壓是6V-3.8V=2.2V，因此電壓表不能測燈泡兩端電壓，可用電壓表測滑動變阻器兩端電壓，據此設計實驗電路圖．

解答 解：（1）由題可知，小燈泡的額定電壓3.8V＞3V，電壓表選0～15V；由圖乙知，電流表選用小量程；滑動變阻器連入電路要一上一下，如下圖所示；

（2）燈泡正常發光時的電壓等于額定電壓U_L=3.8V，
根據歐姆定律可知此時電路電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω，
A規格“5Ω 1A”最大阻值小，所以本實驗中應該選擇規格為“50Ω 1A”的B滑動變阻器；
（3）閉合開關，發現燈泡不亮，兩電表均無示數，則此電路為斷路；在開關閉合狀態下，將電壓表接在電源兩端時，電壓表有示數，說明電源、電壓表是完好的；電壓表接在開關兩端時有示數，說明開關以外的電路是通路，而開關是斷開的，所以，肯定出現故障的元件是開關（電壓表接在滑動變阻器兩端，因無電源，沒有示數），即開關斷路；
（4）電壓表示數為2V，要測燈的額定功率，燈的電壓要為3.8V，所以要增大燈的電壓，減小變阻器的分得的電壓，根據分壓原理，減小變阻器連入電路中的電阻大小，即滑片向A端移動；
電流表小量程的分度值為0.02A，示數為0.4A，小燈泡的額定功率P_額=U_額I=3.8V×0.4A=1.52W；
（5）電壓表0～15V量程損壞，電壓表與滑動變阻器并聯，如圖所示：

故答案為：（1）如上圖；（2）B；（3）開關斷路；（4）A端；1.52；（5）如上圖．

點評 本題測量燈的功率，考查器材的選擇、電路的連接、常見現象的分析、操作的過程、功率的計算等知識，是中考的熱點問題，要熟練掌握．