Question

13．為測量一只標有“6V0.3A”小燈泡的額定功率，實驗室備有：電壓表（量程0～3V、0～15V）一個、電流表（量程0～0.6A、0～3A）一個、“10Ω  2A”和“50Ω  1A”的滑動變阻器各一只，電源（電壓為12V）一個，開關一只，導線若干，小組同學通過討論、交流，設計了如圖甲所示的實驗電路圖，在根據實驗電流圖選用實驗器材連接實物電路時，同組的三位同學產生了分歧．

甲同學：電壓表選用大量程，電流表選用小量程，滑動變阻器選用“10Ω  2A”的．
乙同學：電壓表選用大量程，電流表選用小量程，滑動變阻器選用“50Ω  1A”的．
丙同學：電壓表、電流表都選用小量程，滑動變阻器選用“50Ω  1A”的．
（1）你認為同學乙（選填“甲”、“乙”、或“丙”）的觀點是合理的？請以筆畫線代替導線，將圖乙中的實物連接起來．
（2）請你對其他兩位同學的觀點進行評估．
（3）連接好電路后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，發現小燈泡始終不亮，電流表無示數，電壓表有示數，則出現故障的原因可能是燈泡斷路．
（4）移動滑動變阻器的滑片得到了一組電壓和電流的數據，并填入設計的表格

次數	電壓U/V	電流I/A	電功率P/W	平均電功率P/W
1	4.8	0.25
2	6	0.3
3	7.2	0.32

這種表格設計是否合理？答：不合理（選填“合理”或“不合理”）；理由是設置了平均電功率一欄．

Answer 1

分析 （1）根據燈泡的額定電壓、電流及電源電壓，利用串聯電路的規律，計算出燈泡正常發光時所接滑動變阻器的最小阻值，然后可知哪位同學的觀點是合理的；對照電路圖連接實物圖；
（2）針對甲、丙同學選擇的電壓表量程，電流表量程，以及滑動變阻器的規格進行評估；
（3）閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，發現小燈泡始終不亮，電流表無示數，可能是電路斷路；電壓表有示數，說明電壓表與電源是連通的，則與電壓表并聯的支路之外電路是連通的，綜上，則出現故障的原因可能是：燈泡斷路；
（4）根據不同電壓下的電功率是不同的作答．

解答 解：（1）燈泡的規格是“6V  0.3A”，所以燈泡的額定電壓為6V，所以電壓表應選擇0～15V的量程； 
燈泡的額定電流為0.3A，電流表應選擇0～0.6A的量程；
電源電壓為12V，燈泡正常發光時，滑動變阻器兩端的電壓應為U_滑=12V-6V=6V；
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{6V}{0.3A}$=20Ω＞10Ω，所以滑動變阻器應選擇規格是“50Ω 1A”；
因此乙同學的觀點是合理的；
根據電路圖連接實物圖，可以根據電流流向法，從電源的正極經過開關、滑動變阻器、燈泡、電流表回負極，電壓表并聯在小燈泡兩端，如下圖所示：

（2）由計算可得，滑動變阻器應選擇規格是“50Ω 1A”的．
甲同學：選用“10Ω  2A”的滑動變阻器，滑動變阻器阻值過小，即使變阻器全部電阻連入電路中，分得的電壓也較小，小燈泡的實際電壓總要超過額定電壓，因此小燈泡可能燒壞；
丙同學：燈泡的規格是“6V  0.3A”，所以燈泡的額定電壓為6V，而丙同學選擇電壓表的小量程時，超過電壓表的量程，電壓表可能損壞；
（3）經分析，連接好電路后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，發現小燈泡始終不亮，電流表無示數，電壓表有示數，則出現故障的原因可能是燈泡斷路；
（4）由表中數據可知，通過燈的電流隨電壓的增大而增大，由P=UI知，燈的電功率隨電壓的增大而增大，不同電壓下的電功率是不同的，因此將不同電壓下的電功率取平均值是沒有意義的，是不合理的；
故答案為：
（1）乙；電路圖的連接如上圖所示；
（2）甲同學：滑動變阻器阻值過小，小燈泡的實際電壓總要超過額定電壓，因此小燈泡可能燒壞；
丙同學：選擇的電壓表量程過小，實際電壓超過電壓表的量程，電壓表可能損壞；
（3）燈泡斷路；
（4）不合理；設置了平均電功率一欄．

點評 本題測量小燈泡的額定功率，主要考查學生的評估能力及數據處理能力，有一定難度，也是當前的熱點題型．