Question

3．在“測小燈泡電功率”的實驗中，實驗室為每個小組提供的器材有：電壓恒為5V的學生電源一個，電流表（0～0.6A，0～3A）、電壓表（0～3V，0～15V）各一個，開關一個，標有“20Ω 1A”的滑動變阻器一個，導線若干，額定電壓為3.8V小燈泡一個．實驗前電壓表與電流表均已調零．

（1）第一組的同學實驗時連接電路如圖甲所示，檢查時發現有一根導線接錯了，請你在錯誤的導線上打一個“×”，然后用筆畫線重畫一根導線使電路完整．
（2）開關閉合前，應把滑動變阻器的滑片調到A．（選填“A”或“B”）端．
（3）閉合開關，發現小燈泡不發光，電流表有示數，電壓表示數為0，移動滑動變阻器滑片P可以改變電流表的示數，那么電路的故障原因是小燈泡短路．
（4）排除故障后，調節滑片到某一位置時，此時電壓表的示數如圖乙，則應將滑動變阻器滑片向A（選填“A”或“B”）端移動滑片，當小燈泡正常發光時，電流表度數為0.4A，則小燈泡的額定功率為1.52W．
（5）該小組的同學們經過多次實驗，記錄了多組電壓與電流值，并繪出如圖丙所示圖象．大家發現，當電壓表的示數增大時，電壓表與電流表的示數之比變大，導致這一結果的原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（6）第二小組的同學在實驗中發現，本組的電壓表0～15V的量程已損壞，而0～3V的量程可以使用．經過研究設計了如圖丁所示電路，完成了小燈泡功率的測量．實驗時，調節滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數為1.2V時，小燈泡正常發光．
（7）第二小組的同學在實驗過程中，為保證電表不超量程，小燈泡不超額定值．滑動變阻器接入電路的阻值范圍為3Ω-12Ω．

Answer 1

分析 （1）電壓表應并聯在燈的兩端．
（2）在閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應移到阻值最大處．
（3）電流表有示數，說明整個電路是通路，電壓表無示數，由此找故障的原因．
（4）根據圖乙知電壓表量程和分度值，讀出其示數，和額定電壓大小比較我，根據分壓原理確定滑片的移動方向；根據P=UI計算小燈泡的額定功率．
（5）從溫度影響電阻的角度分析原因．
（6）由串聯電路的電壓特點分析說明．
（7）保證電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，根據串聯電路特點和歐姆定律結合圖象計算滑動變阻器接入電路的阻值范圍保證電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，根據串聯電路特點和歐姆定律結合圖象計算滑動變阻器接入電路的阻值范圍．

解答 解：（1）原電路圖中，電壓表串聯在電路中，電流表并聯在燈的變阻的兩端，電壓表應并聯在燈的兩端，如右圖所示；
（2）為了避免電路中電阻過小而燒壞電源或電表，在閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應移到阻值最大處，即A端．
（3）電流表有示數，說明整個電路是通路，而電壓表無示數，燈泡也不亮，所以故障的原因可能是燈泡短路了．
（4）由圖乙電壓表使用的是0-15V量程，分度值0.5V，示數為4.5V，應減小燈的電壓，增大變阻器分得的電壓根據分壓原理，滑片向A端移動；所以小燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（5）隨著電壓的增大，燈的實際功率也逐漸增大，燈的溫度逐漸升高，而金屬的電阻隨溫度的升高而增大，即電壓表與電流表的示數之比變大．
（6）由圖丁，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，當燈泡正常發光時電壓為3.8V，此時滑動變阻器兩端電壓U_變=U-U_額=5V-3.8V=1.2V，即電壓表示數為1.2V時，小燈泡正常發光．
（7）由題為使電壓不超量程，小燈泡不超額定值，電壓表示數最大3V，最小1.2V，
當電壓表示數最小為1.2V時，變阻器連入阻值最小，燈正常工作，I=I_L=I_變=0.4A，
所以變阻器連入的最小值R_變=$\frac{{U}_{變}}{{I}_{變}}=\frac{1.2V}{0.4A}$=3Ω；
當電壓表示數最大為3V時，變阻器連入阻值最大，燈泡電壓U_L=5V-3V=2V，由圖象可知此時I′=I_L′=I_變′=0.25A，
所以變阻器連入的最大值R_變′=$\frac{{U′}_{變}}{{I′}_{變}}=\frac{3V}{0.25A}$=12Ω，
所以電壓不超量程，小燈泡不超額定值，滑動變阻器接入電路的阻值范圍為3Ω-12Ω．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）A；
（3）小燈泡短路；
（4）A；1.52；
（5）燈絲電阻隨溫度的升高而變大；
（6）1.2；
（7）3Ω-12Ω．

點評 本題測小燈泡電功率，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、電功率的計算、影響電阻大小的因素、器材的選擇等知識，考點多，綜合性較強．