Question

5．在“測量小燈泡額定功率”的實驗中，提供的器材有：“3.8V？A”的小燈泡、“10Ω 1A”的滑動變阻器、四節(jié)新干電池．

（l）連接電路時開關應斷開；如圖甲所示的實物連接中，連接不妥之處為電壓表量程選擇錯誤；電流表的正負接線柱接反了．
（2）閉合開關，發(fā)現燈泡不亮，兩電表均無示數．為了查找故障，小明將電壓表拆下，在開關閉合狀態(tài)下，分別將電壓表接在電源、滑動變阻器及開關兩端，結果只有接在滑動變阻器兩端時，電壓表無示數，則肯定出現故障的元件是開關發(fā)生了斷路．
（3）排除故障后開始實驗，在移動滑片P的過程中，眼睛應注視電壓表的示數；當滑片P移到某一位置時，電壓表示數如圖乙所示，為測量燈泡的額定功率，應將滑片P向右（填“左”或“右”）移動，直至電壓表的示數為3.8V，此時電流表示數如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是1.14W．
（4）若實驗器材中電壓表0～15V量程被損壞，利用如圖器材怎樣測定燈泡的額定功率？簡要步驟：把電壓表并聯在變阻器兩端，移動滑片直至電壓表示數等于2.2V，讀出電流表示數．
（5）若用該電路測量規(guī)格是“2.5V 0.3A”燈泡的額定功率，須對實驗進行適當調整，寫出你認為可行的一個方法．方法：換最大阻值較大的滑動變阻器（或串聯定值電阻）或減少電池個數．

Answer 1

分析 （1）連接電路時開關應斷開；根據電流表和電壓表的量程和正負接線柱的接法分析；
（2）電流表在干路上，無示數，說明電路故障為斷路；如果電壓有示數，說明與電壓表串聯的元件是完好的；如果無示數，說明與電壓表串聯的元件有斷路，或與電壓表并聯的元件短路或電路中無電源，據此判斷故障所在；
（3）根據燈的額定電壓確定電壓表的量程讀數，比較實際電壓和額定電壓的大小，根據分壓原理確定滑片移動的方向；認清電流表的分度值讀數，由P_額=U_額I計算燈的額定功率；
（4）電源電壓為6V，根據串聯電路電壓特點，當燈泡電壓為3.8V，滑動變阻器的電壓為2.2V＜3V，可以利用0～3V量程測量滑動變阻器的電壓；按此分析將電壓表與滑動變阻器并聯進行實驗即可．
（5）①計算燈正常工作時的電阻，電源電壓為4×1.5V=6V，求出滑動變阻器分得的電壓，由分壓原理求出變阻的最小電阻；②減小電源電壓來達到目的．

解答 解：（1）為保護電路元件，連接電路時，開關應斷開；由圖可知，電源電壓為4節(jié)干電池，電源電壓為6V，故電壓表量程為0-15V；電流應從電流表正接線柱流入，從負接線柱流出；
（2）閉合開關，發(fā)現燈泡不亮，兩電表均無示數，則此電路為斷路；在開關閉合狀態(tài)下，將電壓表接在電源兩端時，電壓表有示數，說明電源、電壓表是完好的；電壓表接在開關兩端時有示數，說明開關以外的電路是通路，而開關是斷開的，所以，肯定出現故障的元件是開關（電壓表接在滑動變阻器兩端，因無電源，沒有示數）；
（3）燈的額定電壓為3.8V＞3V，電壓表選用大量程，分度值為0.5V，示數為3V，所以，為使燈正常發(fā)光，應增加燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據分壓原理，變阻器連入電路中的電阻減小，滑動變阻器的滑片向右移動；電流表小量程的分度值為0.02A，示數為0.3A，小燈泡的額定功率P_額=U_額I=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）步驟：①燈泡和滑動變阻器串聯在電路中；②把電壓表并聯在滑動變阻器的兩端；③滑動變阻器的滑片，使滑動變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V；④讀出電流表示數．
（5）方法一：燈正常工作時的電阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω，滑動變阻器要分去的電壓U_滑=6V-2.5V=3.5V的電壓，燈才能正常工作，根據分壓原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L}}$，滑動變阻器的電阻至少為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5V}{2.5V}$×8.3Ω≈11.62Ω，所以，可換最大阻值較大的滑動變阻器（或串聯定值電阻）；
方法二：由上面的計算可知，“10Ω 1A”的滑動變阻器最大阻值連入電路時，燈的電壓仍高于2.5V，所以，也可以采用減小電池個數的方法來減小電源電壓達到使燈正常發(fā)光的目的．
故答案為：（1）斷開；電壓表量程選擇錯誤；電流表的正負接線柱接反了；（2）開關發(fā)生了斷路；（3）電壓表；右；1.14；（4）把電壓表并聯在變阻器兩端，移動滑片直至電壓表示數等于2.2V，讀出電流表示數；（5）換最大阻值較大的滑動變阻器（或串聯定值電阻）或減少電池個數．

點評 本題測量燈的電功率，考查電路的連接、故障的查找、及實驗方案的設定等，綜合性較強．