Question

5．某實驗小組的同學用“伏安法”測量小燈泡電功率，待測小燈泡額定電壓為3.8V，小燈泡的額定功率估計在1W左右．

（1）請用筆畫線代替導線，完成圖乙中實物電路的連接，連線時導線不能交叉．
（2）檢查電路連接無誤，閉合開關后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，產生這一現(xiàn)象的原因可能是燈泡斷路．
（3）故障排除后，移動滑動變阻器的滑片，小燈泡正常發(fā)光時，電流表示數(shù)如圖甲所示，請讀出電流表的示數(shù)，并填入表格中．
（4）另一組的同學連接好最后一根導線，燈泡立即發(fā)出明亮耀眼的光并很快熄滅．檢查后發(fā)現(xiàn)連線正確，請你找出實驗中兩個操作不當之處：
①連接電路時，開關未斷開  ②閉合電路前，滑動變阻器沒有調到最大阻值處．
（5）實驗中，同學們記錄了多組小燈泡兩端的電壓及對應通過小燈泡的電流值，但表格中仍有不完整的地方，請將所缺內容填寫完整．

電壓U/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.8	4.0
電流I/A	0.18	0.2	0.22	0.25	0.28		0.32
電功率P/	0.18	0.3	0.44	0.625	0.84		1.28
燈泡發(fā)光情況	很暗→暗→正常發(fā)光→很亮

（6）小組同學們分析實驗數(shù)據(jù)得出：小燈泡的發(fā)光亮度是由燈泡的實際功率決定的，且實際功率越大，燈泡發(fā)光越亮．
（7）用圖乙電路還可測量燈泡的電阻，當小燈泡正常發(fā)光時的電阻是12Ω（取整數(shù)）
（8）在不用電流表僅用電壓表的情況下，文文小組的同學設計了如圖丙所示的電路圖，利用它也可以測出小燈泡的額定功率（圖中電源電壓保持不變，定值電阻的阻值為R），具體操作如下：
①將開關S撥到“2”，閉合開關S₁，接下來的操作是：調節(jié)滑動變阻器的阻值，使燈泡兩端的電壓為3.8V．
②斷開開關S₁，將開關S撥到“1”，保持滑動變阻器的滑片位置不動，再閉合開關S₁，記下此時電壓表的示數(shù)為U；利用上面所測的物理量寫出該燈額定功率的表達式P=$\frac{3.8V（U-3.8V）}{R}$．．

Answer 1

分析 （1）伏安法測燈泡功率，電流表與燈泡串聯(lián)測電路電流，滑動變阻器與燈泡串聯(lián)保護電路，同時改變燈泡兩端電壓，開關串聯(lián)在電路中，控制電路的通斷，電壓表與燈泡并聯(lián)測燈泡電壓，根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時的電流確定電流表量程，據(jù)此連接電路圖．
（2）閉合開關，燈泡不亮，可能是燈泡短路、或燈泡斷路、或燈泡之外電路存在斷路；電流表指針不動，說明電路斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路；綜合分析可知，電路故障是燈泡斷路．
（3）當燈泡兩端的電壓等于額定電壓時，燈泡正常發(fā)光，由圖乙確定電流表量程與最小分度值，讀出電流表示數(shù)，由P=UI計算出電功率的值．
（4）連接電路時要斷開開關，滑片要置于最大阻值處．
（5）知道燈泡的額定電壓和額定電流，根據(jù)P=UI計算額定功率．
（6）由實驗數(shù)據(jù)得出，燈泡亮度跟燈泡實際功率有關，燈泡實際功率越大，燈泡越亮．
（7）知道燈泡的電壓和電流，可以求出燈泡的電阻．
（8）要測額定功率，需使燈泡兩端的電壓電壓額定電壓；根據(jù)電阻R計算出燈泡的電流，根據(jù)P=UI得出其表達式．

解答 解：（1）將電壓表與燈泡并聯(lián)，燈泡額定為3.8V，電壓表選0～15V量程，
電流表與燈泡串聯(lián)，燈泡的額定電流大約為I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{3.8}$≈0.26A，所以選0～0.6A量程，實物電路圖如圖所示．
．
（2）閉合開關后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，電流表指針幾乎不動，產生這一現(xiàn)象的原因是燈泡斷路．
（3）小燈泡額定電壓為3.8V，當電壓表的示數(shù)為3.8V時，小燈泡正常發(fā)光；電流表量程是0.6A，由圖甲可知，電流表最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.32A；則P=UI=3.8V×0.32A=1.216W．
（4）連接好最后一根導線，燈泡立即發(fā)光，說明電路閉合，連接電路時沒有斷開開關；燈泡發(fā)出明亮耀眼的光并很快熄滅，說明電路電流太大，電路電阻太小，滑動變阻器滑片沒有置于最大阻值處．
（5）電流表的量程為0-0.6A，示數(shù)為0.32A，燈泡的功率為：P=UI=3.8V×0.32A=1.216W．
（6）實驗過程中，燈泡越來越亮，實際功率越來越大，燈泡亮度取決于燈泡的實際功率．
（7）知道燈泡電壓和電流，還能計算燈泡電阻．燈泡正常工作時電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.32A}$=12Ω．
（8）將開關S撥到“2”，閉合開關S₁，應該調節(jié)滑動變阻器的阻值，使燈泡兩端的電壓為3.8V；
U_R=U-3.8V，所以I_額=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{U-3.8V}{R}$，P=U_額I_額=$\frac{3.8V（U-3.8V）}{R}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）3.8；1.216；（4）①連接電路時，開關未斷開；②閉合電路前，滑動變阻器沒有調到最大阻值處．
（5）0.32；1.216；（6）實際功率；實際功率；（7）電阻；12；（8）調節(jié)滑動變阻器的阻值，使燈泡兩端的電壓為3.8V；$\frac{3.8V（U-3.8V）}{R}$．

點評 此題是用“伏安法”測量小燈泡電功率，考查了學生對實物電路的連接，特別是電流表和電壓表的接法，平時也要注意滑動變阻器的接法，同時考查了連接電路中應注意的問題及電路故障的分析，還考查了電表的讀數(shù)及電功率的計算，考查得比較全面．