Question

17．一只小燈泡的額定電流為0.2A，正常發(fā)光時(shí)的電阻約為8?．小明想測(cè)量這個(gè)小燈泡的額定功率，實(shí)驗(yàn)室中有如下器材：一個(gè)電壓表、一個(gè)電流表、一個(gè)開(kāi)關(guān)，電壓為恒為6V的電源，滑動(dòng)變阻器有A規(guī)格：“10? 2A”、B規(guī)格：；“30? 1A”可選．導(dǎo)線若干．
（1）本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選擇B（選填“A”或“B”） 規(guī)格的滑動(dòng)變阻器．
（2）請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖甲所示電路連接完整（要求滑片向左滑動(dòng)時(shí)變阻器阻值變�。�．

（3）小明在連接好電路的最后一根導(dǎo)線時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表指針立刻偏到最大刻度處，小燈泡發(fā)出明亮的光，上述現(xiàn)象反映他在操作中存在的不規(guī)范之處是連接電路時(shí)，沒(méi)有斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，閉合開(kāi)關(guān)前滑片沒(méi)放在阻值最大處．
（4）排除故障后，小明發(fā)現(xiàn)他很幸運(yùn)，電表并沒(méi)有因此而損壞．小明便開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置直到小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電壓表示數(shù)如圖乙所示，則該小燈泡的額定功率為0.4W．
（5）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明進(jìn)行了反思，如果剛才電流表被損壞了，能不能換成其他的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)完成實(shí)驗(yàn)?zāi)兀��?jīng)過(guò)思考，他用了一個(gè)已知阻值的電阻R₀并增加了兩個(gè)開(kāi)關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路．請(qǐng)?jiān)诜娇蛑挟?huà)出電路圖，使這個(gè)電路能測(cè)出前面實(shí)驗(yàn)中燈泡的額定功率，并符合下列操作步驟：
①僅閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₂，移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為2V；
②僅閉合開(kāi)關(guān)S₁、S₃，保持滑片的位置不動(dòng)，讀出電壓表的示數(shù)U；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=2V×$\frac{{U}_{RL}-2V}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)量量表示）；
④R₀的阻值不能超過(guò)20?．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算燈泡正常發(fā)光滑動(dòng)變阻器連入阻值，從而確定滑動(dòng)變阻器的規(guī)格；
（2）實(shí)驗(yàn)中，燈、電流表、滑動(dòng)變阻器應(yīng)串聯(lián)在電路中，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，根據(jù)燈泡正常發(fā)光電壓和電流確定電表量程，由此連接電路；
（3）連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)，滑片的位置，由此分析操作不規(guī)范之處；
（4）由圖示電壓表確定其量程與分度值，讀出其示數(shù)，然后又P=UI 求出燈泡額定功率．
（5）首先通過(guò)移動(dòng)滑片使燈兩端的電壓為2.5V，使燈正常工作，所以應(yīng)將電壓表與燈并聯(lián)；因沒(méi)有電流表，所以電壓表和定值電阻應(yīng)起到電流表的作用，在保持滑片位置不變的情況下，通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換測(cè)算出定值電阻的電壓，即可求出通過(guò)定值電阻的電流大��；將燈與定值電阻串聯(lián)，燈正常工作時(shí)，通過(guò)定值電阻的電流大小就等于燈的電流；根據(jù)P_額=U_額I求出燈的額定功率，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)，計(jì)算出R₀的電阻．

解答 解：
（1）由歐姆定律可知，當(dāng)I=0.2A時(shí)燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電路的總電阻為：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.2A}$=30Ω，由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得此時(shí)變阻器連入阻值：
R_滑=R_總-R_L=30Ω-8Ω=22Ω＞10Ω，所以應(yīng)選擇規(guī)格為“30Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器B；
（2）測(cè)量燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，小燈泡、電流表、滑動(dòng)變阻器應(yīng)串聯(lián)，由燈泡正常發(fā)光電路可知電流表應(yīng)使用0-0.6A量程，由燈泡額定電壓知電壓表應(yīng)使用0-3V表量程與燈泡并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器一上一下接入電路，且滑片向左滑動(dòng)時(shí)變阻器阻值變小，故接左下接線柱，如圖所示：

（3）連接好電路的最后一根導(dǎo)線時(shí)，電壓表指針立刻偏到最大刻度處，說(shuō)明連接電路時(shí)沒(méi)有斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；且滑動(dòng)變阻器沒(méi)有放在阻值最大處；
（4）由圖示電壓表可知，其量程為0～3A，分度值為0.1A，示數(shù)為2V，
所以燈泡額定功率：P=UI=2V×0.2A=0.4W；
（5）①按上面的分析連接電路，如下圖所示：

②只閉合S₁、S₂，移動(dòng)變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為2V；
保持滑片的位置不動(dòng)，斷開(kāi)S₂，閉合S₃，記下電壓表的示數(shù)U_LR；
③在上面的操作中，當(dāng)燈正常發(fā)光后，滑片的位置不動(dòng)，開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換沒(méi)有引起電路連接關(guān)系的改變，各用電器兩端的電壓不變，所以，定值電阻R0兩端的電壓為
U₀=U_IR-2V，通過(guò)其的電流大小I=$\frac{{U}_{LR}-2V}{{R}_{0}}$，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，通過(guò)燈的電流大小為I，所以，燈的額定功率P=UI=2V×$\frac{{U}_{RL}-2V}{{R}_{0}}$；
因?yàn)闊襞菡�常發(fā)光時(shí)I=0.2A，電源電壓為6V，R_L=$\frac{{U}_{L}}{I}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω，故R_0最大=$\frac{U}{I}$-R_L=$\frac{6V}{0.2A}$-10Ω=20Ω．
故答案為：（1）B；（2）見(jiàn)上圖；（3）連接電路時(shí)，沒(méi)有斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；閉合開(kāi)關(guān)前滑片沒(méi)放在阻值最大處；（4）0.4；（5）電路圖如上：①2；②$2V×\frac{{U}_{RL}-2V}{{R}_{0}}$；③22．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)器材的選擇、連接實(shí)物電路圖、電路故障分析、電表讀數(shù)、求功率等問(wèn)題，是實(shí)驗(yàn)的�？紗�(wèn)題，一定要掌握，對(duì)電表讀數(shù)時(shí)，要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)視線要與電表刻度線垂直．