Question

1．小明為了測量小燈泡發光時的電阻（阻值約10Ω左右）和電功率，設計了如圖甲所示的電路圖．已知電源電壓為4.5V，燈泡的額定電壓為3.8V，滑動變阻器標有“20Ω  1A”字樣．
（1）圖乙是小明根據電路圖連接的實物圖．閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發現小燈泡不亮；經檢查，是由于一根導線連接錯誤．請你在實物圖中連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線；

（2）小明改正錯誤后，閉合開關前變阻器的滑片應當移到B（選填“A”或“B”），則第1次次測得的小燈泡的電阻為10Ω； 從表中計算出三次小燈泡的電流跟電壓不成正比，你認為可能的原因是小燈泡燈絲的電阻受溫度影響．

實驗次數	1	2	3
電壓U/V	2.5	3.0	3.8
電流I/A	0.25	0.28	0.32

（3）由上表可以測得小燈泡的額定功率是1.216W；同組的小紅認為為了減小測量誤差應當取三次功率的平均值作為燈泡電阻，對此你的意見是燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，不能求不同電壓下的功率平均值．
（4）若電壓表0～15V的量程損壞，只有0～3V量程可用．為完成測定額定功率的實驗，請你用原有器材重新設計一個電路的電路圖畫在上面的虛線框內；根據你的設計重新連接電路進行實驗．閉合開關，移動滑動變阻器的滑片使電壓表示數為0.7V時，小燈泡正常發光，并記下此時電流值．
（5）若實驗中所用器材均良好，但某同學在實驗中發現電流表的指針正常偏轉，而電壓表的示數為零，且燈泡不亮，則電路中發生故障的可能原因是小燈泡短路．

Answer 1

分析 （1）電壓表的內阻很大，串聯在電路中．其它元件都相當于導線，都不能正常工作；
實物連接圖中找錯誤之處，主要從電壓表、電流表、滑動變阻器的正確使用上考慮；
（2）閉合開關前，滑動變阻器處于最大阻值處，保護電路；根據表格中數據，利用R=$\frac{U}{I}$計算電阻；燈泡燈絲電阻受溫度影響；
（3）燈泡正常工作時，電壓表示數為燈泡的額定電壓；知道燈泡的額定電壓和額定電流，根據P=UI計算額定功率；燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，不能把不同電壓下實際功率的平均值作為額定功率；
（4）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4.5V-3.8V=0.7V，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；
（5）電流表的指針正常偏轉，說明電路是通路；電壓表指針幾乎不動說明燈泡處的電阻很小，從斷路和短路兩種情況進行分析．

解答 解：
（1）由實物圖可知，電壓表串聯在電路中．電壓表的內阻很大，電路中幾乎無電流，所以電流表無示數，燈泡不亮，電壓表測量電源電壓，電壓表有示數；
由電路圖知，電壓表應與燈泡并聯，變阻器與燈泡串聯，所以修改實物連接如圖所示：；
（2）滑動變阻器在電路中保護電路，滑動變阻器接左下接線柱，滑動變阻器滑片在B端接入電阻最大；
第1次測得的小燈泡兩端電壓、電流分別為：2.5V和0.25A，
由I=$\frac{U}{R}$得，燈絲的電阻：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{3.0V}{0.28A}$≈10.7Ω；R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$$\frac{3.8V}{0.32A}$≈11.9Ω；
實驗時，燈絲長度、橫截面積、材料不變，燈泡兩端電壓增大，燈絲溫度升高，電阻增大；
（3）電壓表測燈泡電壓，燈泡正常工作時，電壓表示數為燈泡的額定電壓3.8V；由表格知，此時通過燈泡電流為0.32A，
所以小燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.32A=1.216W；
燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，把不同電壓下實際功率的平均值作為額定功率，是錯誤的，沒有意義；
（4）電壓表0～15V量程損壞，電壓表與滑動變阻器并聯，電路圖如圖所示：；
當燈泡電壓為額定電壓時，滑動變阻器兩端電壓，即電壓表示數U_滑=U-U_L=4.5V-3.8V=0.7V，當電壓表示數是0.7V時燈泡正常發光；
（5）電流表的指針正常偏轉，說明電路是通路；電壓表指針幾乎不動說明燈泡處的電阻很小，燈泡不亮，故電路故障為燈泡短路．
故答案為：（1）不亮；見上圖；
（2）；B；10Ω；小燈泡燈絲的電阻受溫度影響；
（3）1.216；燈泡在額定電壓下的功率為額定功率，不能求不同電壓下的功率平均值；
（4）電路圖如上所示；0.7；
（5）小燈泡短路．

點評 本題考查了連接實物電路圖、求功率、電阻、誤差分析等問題，綜合性強，難度較大．