Question

某班同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A　0～3A）、電壓表（0～3V　0～15V）、開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，滑動變阻器兩只：R₁（5Ω　0.5A）、R₂（10Ω　0.5A）．同學(xué)們設(shè)計(jì)的電路如圖所示，但不知電壓表的另一接線柱是接在電流表的哪一側(cè)

（1）請你設(shè)計(jì)一種方案補(bǔ)充電路圖并完成實(shí)物圖．
（2）滑動變阻器應(yīng)選用________（選填“R₁”、“R₂”）；
（3）實(shí)驗(yàn)電路接好后，合上開關(guān)時(shí)，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，請根據(jù)現(xiàn)象和檢測結(jié)果指出故障的可能原因：

故 障 現(xiàn) 象	檢　　測	故 障 原 因
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變
燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變

（4）下表為某小組的實(shí)驗(yàn)記錄分析表：

實(shí)驗(yàn)序號	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P額==1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老師認(rèn)為該小組數(shù)據(jù)處理過程有誤，你認(rèn)為正確測量結(jié)果P_額=________W．
（5）老師告訴小星，電流表和電壓表是有電阻的，假設(shè)沒有兩只電表，小燈泡在0.3A時(shí)發(fā)光，現(xiàn)在按你設(shè)計(jì)的圖形將電流值也調(diào)到0.3A，測得電功率是偏大還是偏小呢？________．原因是________．

Answer 1

解：（1）這里有兩種接法，如下圖，在連接時(shí)應(yīng)注意電路圖和實(shí)物圖的對應(yīng)，且由于燈泡的額定電壓是3.8V，故電壓表選用大量程，同理據(jù)燈泡的電阻約為10Ω可知，此時(shí)燈泡正常工作時(shí)的電流約為I===0.38A，故電流表應(yīng)選小量程；

（2）燈泡正常工作時(shí)，電路電流約為I===0.38A，滑動變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動變阻器電阻為：R′==≈5.8Ω，所以滑動變阻器應(yīng)選R₂（10Ω 0.5A）．
（3））①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變，故障原因是：滑動變阻器同時(shí)接到下面兩個接線柱．②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)，取下燈泡，兩表的示數(shù)不變故障原因是：燈泡斷路．
（4）額定功率是額定電壓下的實(shí)際功率，求不同狀態(tài)下功率的平均值作為額定功率是錯誤的．由表知燈泡的額定電壓U=3.8V，對應(yīng)的額定功率為P=1.52W．
（5）現(xiàn)在按你設(shè)計(jì)的圖形將電流值也調(diào)到0.3A時(shí)，測得電功率是不準(zhǔn)確的，即圖（1）中偏小．因?yàn)殡娏鞅頊y出的0.3A電流一部分經(jīng)過電壓表流走，通過燈泡電流比不接電表時(shí)小；圖（2）中偏大．因?yàn)殡娏魇菧?zhǔn)確的，但所測電壓是電流表和燈泡的總電壓，比燈泡兩端電壓大．
故答案為：（1）見上圖；（2）R₂；（3）錯接在兩個下方接線柱上；小燈泡開路； （4）1.52；
（5）圖（1）中偏�。ɑ驁D（2）中偏大）；因?yàn)殡娏鞅頊y出的0.3A電流一部分經(jīng)過電壓表流走，通過燈泡電流比不接電表時(shí)�。ㄒ�?yàn)殡娏魇菧?zhǔn)確的，但所測電壓是電流表和燈泡的總電壓，比燈泡兩端電壓大．
分析：（1）滑動變阻器、電流表串聯(lián)在電路中，電壓表并聯(lián)在電路中，故該題有兩種接法，即電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，或電壓表并聯(lián)在燈泡和電流表的兩端均可，在實(shí)物圖中應(yīng)特別注意正負(fù)接線柱及電壓表及電流表量程的選擇．
（2）由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動變阻器串聯(lián)在約為6V的電源上，燈泡正常工作時(shí)，求得滑動變阻器電壓，求得燈泡正常工作時(shí)的電流，即滑動變阻器電流，根據(jù)R=UI計(jì)算需要的滑動變阻器的最小電阻．滑動變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路中的最大電流．
（3）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，說明電路電阻太大；移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變說明滑動變阻器不能改變電路電阻，即滑動變阻器全部接入電路．
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)說明電路斷路；取下燈泡，兩表的示數(shù)不變說明燈泡斷路．
（4）額定功率是額定電壓下的實(shí)際功率，求不同狀態(tài)下功率的平均值作為額定功率是錯誤的，由表找出額定電壓對應(yīng)的功率，即為額定功率．
（5）由于電阻串聯(lián)有分壓作用，電阻并聯(lián)有分流作用，且電流表也有電阻，故從電流表有電阻的角度結(jié)合上述知識分析即可解決．
點(diǎn)評：解決本題的關(guān)鍵：一是電壓表、滑動變阻器的正確使用，二是歐姆定律的靈活運(yùn)用，三是電路故障的判斷，四知道額定電壓下的功率為額定功率．