Question

16．在“測定小燈泡的額定功率”實驗中，小明同學用一個電壓表、一個電流表、一個開關、電壓為約為6V的電源、額定電壓為3.8V的小燈泡和一個標有“20Ω  1.5A”的滑動變阻器，小燈泡的額定功率小于2W，設計的電路如圖甲所示的電路．

（1）實驗原理P=UI；
（2）請用鉛筆畫線代替導線，按照圖甲所示的電路圖，將圖乙的實物電路連接完整；
（3）電路接好后，閉合開關，發(fā)現小燈泡特別亮，電壓表與電流表的示數較大．電路連接無誤，接下來應進行的操作是D，C；
A．更換電池或小燈泡                     B．檢查電路是否短路
C．移動滑動變阻器滑片至最大值位置       D．斷開電路開關
（4）在實驗中，若電壓表示數為2V，為了使燈兩端電壓達到3.8V，必須將滑片向右（左/右）調節(jié)；當小燈泡正常發(fā)光時，電流表示數如圖丙，則燈泡的額定功率為1.52W；

（5）若實驗中電流表壞了，為了測量小燈泡的額定功率，小明選用一個R₀=5Ω的電阻，設計了如圖丁的電路及實驗方案：①調節(jié)滑片使電壓表的示數為額定電壓；
②保持滑片位置不變，只將電壓表的a點接線改接到c點，測出R₀兩端的電壓U₀，通過計算得到小燈泡的額定功率．指出他的設計方案中存在的兩個問題：
問題一：電壓表的正負接線柱接反了；  問題二：R₀阻值偏大．
（6）完成上述實驗后，小明把小燈泡更換成定值電阻（如圖戊），利用原電路繼續(xù)探究“電流與電阻”的關系：實驗時，小明先將5Ω電阻接入電路，調節(jié)滑動變阻器使電壓表示數為2V，記下對應的電流；再將5Ω的電阻更換為10Ω電阻，將滑動變阻器適當移動，使電壓表示數仍為2V；當小明再換接15Ω電阻時，發(fā)現無論怎樣調節(jié)滑動變阻器，都不能使電壓表示數為2V．．請你在不增減器材的條件下幫小明解決這個問題，完成實驗，你的方法是：將導體兩端的電壓控制為3V．

Answer 1

分析 （1）測定小燈泡功率的實驗原理是：用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，用電流表測出通過小燈泡的電流，根據P=UI求出小燈泡的電功率；
（2）由電路圖可知，滑動變阻器按一上一下的原則與電流表串聯，由P=UI求出小燈泡的額定電流以選擇量程；連接時注意正負接線柱的連接；
（3）在連接電路時，為保護電路，滑動變阻器連入電路中的電阻應最大，據此分析解答；
（4）在實驗過程中發(fā)現電壓表示數為2V，為使燈兩端的電壓增大為3.8V，就要使滑動變阻器兩端的電壓減小，連入的電阻減小，由圖乙可知，所以要向右端移動滑片．當電壓表示數為3.8V時，讀出電流表的示數，利用P=UI計算小燈泡的額定功率；
（5）電壓表并聯在電路中，電流應由正接線柱流入，負接線柱流出；根據串聯電路的特點分析燈泡是否能夠正常發(fā)光；
（6）換用較大的電阻后，根據串分壓的關系，電壓表的示數會變大，則應增大滑動變阻器的阻值減小電阻兩端的電壓，保持電壓表的示數不變；
換接15Ω電阻時，根據串分壓的知識，電壓表的示數變大，為使電壓表的示數不變，所需滑動變阻器的阻值更大，電壓表的示數無法達到2V，可能是滑動變阻器的阻值太小或是定值電阻兩端的電壓保持太低或是電源電壓太高造成．

解答 解：（1）本實驗的原理是：P=UI；
（2）通過電燈的電流：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2W}{3.8V}$≈0.52A，因此選擇電流表量程為0～0.6A，并將電流表、開關以及滑動變阻器串聯連接即可．如下圖所示：

（3）小燈泡特別亮，電壓表與電流表的示數較大，說明小燈泡兩端電壓太高，電路中電流太大，原因是滑動變阻器沒移到阻值最大處，按要求應先斷開開關再移滑片，接下來應進行的操作是D、C；
（4）為使燈兩端的電壓增大為3.8V，就要使滑動變阻器兩端的電壓減小，連入的電阻減小，由圖乙可知，所以要向右端移動滑片；
由小燈泡標有“3.8V”字樣可知，小燈泡額定電壓為3.8V，即小燈泡在3.8V電壓下正常工作．
由丙圖可知，電流表量程為0.6A，分度值為0.02A，則電流表示數為0.4A．
小燈額定功率為P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（5）原電路中，電壓表的a接線柱與電源的正接線柱相連，只將電壓表的a點接線改接到c點時，導致電壓表的正負接線柱接反了，不能測出R₀兩端的電壓；
燈泡正常工作時電流約為I≈0.52A，定值電阻的電壓U₀=IR₀=0.52A×5Ω=2.6V，根據串聯電路電壓的特點，電源電壓U=U_燈+U₀=3.8V+2.6V=6.4V，而根據電源電壓，U=6V太低，造成這種情況的原因是R₀阻值偏大，根據分壓原理，R₀兩端電壓偏大，電壓表示數無法調到3.8V；
將5Ω的電阻換為10Ω后，電壓表的示數變大，所以應增大滑動變阻器的阻值，將滑片向右滑動，保持電壓表的示數為2V，并讀出電流表的示數；
換接15Ω電阻時，根據串分壓的知識，電壓表的示數變大，為使電壓表的示數不變，所需滑動變阻器的阻值更大，電壓表的示數無法達到2V，可能是滑動變阻器的阻值太小或是定值電阻兩端的電壓保持太低或是電源電壓太高造成；在不改變電路和器材的前提下，針對這一問題，改進的方法是：適當提高定值電阻兩端的電壓，如：保持定值電阻兩端的電壓為3V不變．
故答案為：（1）P=UI；   （2）如上圖；  （3）D； C；（4）右； 1.52；
（5）電壓表的正負接線柱接反了； R₀阻值偏大；（6）將導體兩端的電壓控制為3V．

點評 本題考查了選擇連接電路圖、實驗操作、滑動變阻器的調節(jié)、求燈泡功率等問題，是實驗的常考問題，一定要掌握，是一道綜合題．