Question

7．如圖所示在測定小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中 （所用燈泡的額定電壓U₀=3.8V）．
（1）小組1采用圖a所示的方案，還可以測量小燈泡的電阻；
測量時(shí)發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)后，無淪怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0A，電壓表示數(shù)約為6V，
則電路中出現(xiàn)的故障可能是：燈泡斷路；排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，直到電壓表的示數(shù)為3.8V，此時(shí)電流表示數(shù)如圖b所示，則小燈泡的額定功率為1.14W：
（2）小組2設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）：
實(shí)驗(yàn)步驟：①電路如圖c所示，清你按電路幽在圖d中用筆畫線連好電路；②開關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；③開關(guān)S撥到位置2，滑片P位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂．
數(shù)據(jù)處理：先算出了燈泡的電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$． （請(qǐng)你用所測的物理量表示），再根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，計(jì)算出燈
的額定功率．他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，原因是：燈絲的電阻隨電壓（溫度）的增大而增大．仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟②改為移動(dòng)滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)測量燈的電阻的原理作答；
無論怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0A，說明電路斷路；電壓表示數(shù)約為6V，說明電壓表與電源兩極連通，則與電壓表并聯(lián)的燈泡之外的電路為通路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
確定電流表的量程、最小分度值，然后讀出電流表示數(shù)，由P=UI求出燈泡的額定功率；
（2）①由電路圖c可知，當(dāng)開關(guān)S撥到位置1時(shí)，定值電阻與電流表串聯(lián)后再與燈并聯(lián)；當(dāng)開關(guān)S撥到位置2時(shí)，定值電阻與燈先并聯(lián)后再與電流表串聯(lián)，據(jù)此連接；
③根據(jù)開關(guān)S拔到位置1和開關(guān)S拔到位置2時(shí)，電路中三個(gè)用元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，用電器的電壓不變，根據(jù)并聯(lián)電路電壓和電流規(guī)律，由②可得燈泡兩端電壓U=I₁R，由③得燈泡電流I=I₂-I₁，然后根據(jù)歐姆定律可求燈泡電阻；
燈泡的額定功率只有燈泡在額定電壓下發(fā)光時(shí)的功率為額定功率；燈絲的電阻隨電壓（溫度）的改變而改變．

解答 解：（1）測量燈的電阻的原理R=$\frac{U}{I}$，所以，小組1采用圖a所示的方案，還可以測量小燈泡的電阻大小；
經(jīng)分析，閉合開關(guān)后，無淪怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0A，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能是燈泡斷路而導(dǎo)致電壓表串聯(lián)在電路中了；
由圖知：電流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.3A，
燈泡額定功率P=U₀I=3.8V×0.3A=1.14W；
（2）①由上面的分析，將接線柱1與電流表負(fù)接線柱連接，再將單刀雙擲開關(guān)的軸與燈的左接線柱連接，如下圖所示：

③由②可知，根據(jù)歐姆定律，R的電壓U=I₁R，根據(jù)并聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈的電壓也為U=I₁R；而開關(guān)S由位置1拔到位置2時(shí)（滑片位置不動(dòng)），電路中三個(gè)元件的連接方式?jīng)]有發(fā)生改變，各用電器的電壓不變，所以通過電阻R的電流大小保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的規(guī)律，此時(shí)通過燈的電流I=I₂-I₁；則燈泡電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$．
③通過燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI，燈絲的溫度升高，而燈絲的電阻會(huì)隨溫度升高而變大；當(dāng)燈泡兩端電壓不等于其額定電壓時(shí)，求出的電阻R_L就不等于其正常發(fā)光時(shí)電阻R_額，從而求出的功率$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$≠$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{額}}$就不是額定功率；
所以要想求燈泡額定功率，就必須讓燈泡兩端電壓等于額定電壓，即將開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$，此時(shí)電阻的電壓為U₀，燈的電壓為額定電壓U₀，燈正常發(fā)光即可．
故答案為：（1）電阻；燈泡斷路；1.14；
（2）①如上圖所示；③$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$，燈絲的電阻隨電壓（溫度）的增大而增大；移動(dòng)滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

點(diǎn)評(píng) 本題測定小燈泡額定功率，考查實(shí)驗(yàn)原理、故障的分析、影響電阻大小的因素及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估能力并嘗試提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的能力，綜合性強(qiáng)，難度大，對(duì)能力要求高．