Question

13．小明同學為了“測量小燈泡的電功率”，準備有如下器材：電源（電壓6V，保持不變），小燈泡（額定電壓3.8V，電阻約為20Ω），滑動變阻器A“10Ω  1A”，滑動變阻器B“20Ω  1A”，電壓表（量程為0～3V、0～15V）、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）各一個，開關一個，導線若干．
（1）要完成此實驗應該選擇滑動變阻器B（填“A”或“B”）較為合適．
（2）他在連線的過程中發現電壓表的0～15V量程已壞，要想測小燈泡的額定功率，請你補充完成圖中的實驗電路的設計．
（3）他連接好電路后，閉合開關S，移動滑動變阻器滑片時發現燈泡亮度較暗且不變，且兩表示數也不變，出現此現象的原因是把滑動變阻器當定值電阻接入電路了．

Answer 1

分析 （1）伏安法測功率的實驗中，滑動變阻器有兩個作用：一是保護電路．二是改變燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端電壓為額定電壓，這個作用是很重要的．由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動變阻器串聯在約為6V的電源上，燈泡正常工作時，求得滑動變阻器電壓，求得燈泡正常工作時的電流，即滑動$\frac{U}{I}$變阻器電流，根據R=$\frac{U}{I}$計算需要的滑動變阻器的最小電阻．滑動變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路中的最大電流．
（2）根據串聯電路電壓特點，當燈泡正常工作時，求出滑動變阻器電壓小于3V，測滑動變阻器電壓，間接得到燈泡的額定電壓．
（3）電路連接完好，閉合開關后移動滑動變阻器的滑片，電表示數不變且等較暗，說明滑動變阻器接錯了，把滑動變阻器當定值電阻接入電路了．

解答 解：（1）伏安法測燈泡額定功率時，滑動變阻器的主要作用是移動滑動變阻器的滑片，使燈泡在額定電壓下工作．
燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表選擇0～15V量程．
燈泡正常工作時，電路電流約為，I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{20Ω}$=0.19A，
滑動變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動變阻器電阻為：R′=$\frac{U'}{I}$=$\frac{2.2V}{0.19A}$≈12Ω．故選用“20Ω  1A”的滑動變阻器；
（2）電源電壓為6V，燈泡和滑動變阻器串聯在電路中，燈泡正常工作時的電壓為3.8V，則滑動變阻器的電壓為6V-3.8V=2.2V＜3V，所以用電壓表0～3V量程時，并聯在滑動變阻器兩端，當滑動變阻器的電壓為2.2V時，燈泡正常工作．電路圖為：
；
（3）電路連接完好，閉合開關后移動滑動變阻器的滑片，電表示數不變且等較暗，說明滑動變阻器接錯了，把滑動變阻器當定值電阻接入電路了，滑動變阻器接錯了．
故答案為：（1）B；（2）如上圖；（3）把滑動變阻器當定值電阻接入電路了．

點評 解決本題的關鍵：一是電壓表、滑動變阻器的正確使用，二是串聯電路電壓特點的靈活運用，三是電路故障的判斷．