Question

3．現要測量L₁和L₂兩個小燈泡的額定功率，L₁和L₂的額定電壓分別為3.8V和2.5V、阻值均約為10Ω．所提供的器材有：電源（電壓約為6V）、電流表、電壓表和開關各一個，滑動變阻器（“10Ω　2A”、“50Ω　1A”）兩個，導線若干．
（1）用如圖甲所示的電路測量燈泡L₁的額定功率，所用滑動變阻器是“10Ω  2A”，請用筆畫線代替導線，將圖乙中的實物電路連接完整．
（2）閉合開關前，滑動變阻器的滑片應移到最右端（左/右）；實驗中，由于某種原因，導致電壓表的示數變為零，而電流表的示數增大了，則電路可能出現的故障是燈泡短路．
（3）排除故障并完成L₁額定功率的測量后，為了測量燈L₂的額定功率，只將圖乙中的L₁換成L₂．閉合開關后，發現L₂發光過亮，不能進行實驗．為了完成燈L₂額定功率的測量，并使測量結果能更準確一些，在測量L₂額定功率之前應該進行的操作是：斷開開關，把（10Ω2A）的變阻器換成（50Ω1A）的變阻器，把電壓表“15V”接線柱改接“3V”．．
（4）根據實驗記錄的數據，畫出了通過L₂的電流隨其兩端電壓變化的關系曲線，如圖丙所示，則燈泡L₂的額定功率是0.625W．

Answer 1

分析 （1）根據燈泡正常發光時的電流確定電流表的量程，電流表、電源、開關、滑動變阻器串聯在電路中，注意滑動變阻器的接法；
（2）為保證電路安全，閉合開關前，滑動變阻器接入電路的阻值應為最大阻值，根據滑動變阻器在電路中的連接情況，確定滑片的位置；電壓表示數為零，可能是電壓表斷路或短路或與電壓表并聯的燈泡短路或電壓表并聯之外電路斷路；電流表示數增大，說明電路不存在斷路，且電路電阻變小，可能是燈泡短路；
（3）根據歐姆定律和串聯電路特點計算L₂正常發光時，滑動變阻器接入電路中的電阻，然后確定電流表和滑動變阻器是否需要改動，同時根據兩燈泡的額定電壓確定電壓表的量程的選擇；
（4）根據I-U圖象找出燈泡額定電壓對應的電流，然后由P=UI求出燈泡的功率；

解答 解：（1）燈泡正常發光時的電流經為I=$\frac{U}{R}=\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，則電流表選0.6A量程，
電流表、電源、開關、滑動變阻器串聯在電路中，電路圖如下圖所示；

（2）由電路圖知：閉合開關前，滑動變阻器的滑片應移到最右端；
經分析實驗中，由于某種原因，導致電壓表的示數變為零，而電流表的示數增大了，則電路可能出現的故障是燈泡短路；
（3）測L₂的額定功率時，電路中的電流約為：I₂=$\frac{{U}_{額2}}{{R}_{2}}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
此時滑動變阻器接入電路中的電阻：R_滑′=R_總-R₂=$\frac{U}{{I}_{2}}$-R₂=$\frac{6V}{0.25A}$-10Ω=14Ω，而所用滑動變阻器是“10Ω 2A”，所以滑動變阻器的最大值過小，
為了完成燈L₂額定功率的測量，并使測量結果能更準確一些，在測量L₂額定功率之前應該進行的操作是先斷開開關，把“10Ω 2A”的變阻器換成“50Ω 1A”的變阻器；
因為L₂的額定電壓為2.5V，所以應把電壓表“15V”接線柱改接“3V”．
（4）由圖丙I-U圖象可知，燈泡L₂的額定電壓U=2.5V所對應的電流I=0.25A，則燈泡的額定功率
P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）右；燈泡短路．
（3）斷開開關，把（10Ω　2A）的變阻器換成（50Ω　1A）的變阻器，把電壓表“15V”接線柱改接“3V”；
（4）0.625．

點評 本題考查了連接電路圖、實驗注意事項、電路故障分析、求燈泡的額定功率及對實驗方案的設計能力，綜合性強，難度大，屬于壓軸題．