Question

14．在進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究中：

（1）在“探究電流與電壓的關(guān)系”過程中，三（2）班同學(xué)經(jīng)過相互討論，完成了實(shí)驗(yàn)方案的三次設(shè)計(jì)．
由圖甲到圖乙，改進(jìn)的理由是保持電阻值一定；
由圖乙到圖丙，改進(jìn)的理由是改變電阻兩端電壓．
（2）小華同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中．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(dòng)變阻器三只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（50Ω　0.5A）、R₃（500Ω　1A）．
同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的電路如圖所示：
?電壓表應(yīng)選用0～15V擋，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R₂（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）；?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(qǐng)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(dòng)滑動(dòng)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

?下表為某小組的實(shí)驗(yàn)記錄分析表：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	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=$\frac{1.08+1.52+1.89}{3}$=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)為錯(cuò)誤之處是把功率的三個(gè)測量值的平均值當(dāng)做額定功率，正確測量結(jié)果P_額=1.52W．

Answer 1

分析 （1）“探究電流與電壓”實(shí)驗(yàn)，采用的研究方法是控制變量法．需要控制的物理量是電阻，變化的物理量是電壓．
（2）①根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程；由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動(dòng)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(dòng)變阻器電壓，求得燈泡正常工作時(shí)的電流，即滑動(dòng)變阻器電流，根據(jù)R=UI計(jì)算需要的滑動(dòng)變阻器的最小電阻．滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流大于電路中的最大電流．
②燈泡不亮，燈泡斷路、或燈泡短路，或燈泡之外電路斷路；電流表無示數(shù)，說明電路存在斷路；電壓表示數(shù)較大，說明電壓表與電源兩端連接，電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路，綜合分析可知電路故障原因．
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，說明電路電阻太大；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變說明滑動(dòng)變阻器不能改變電路電阻，即滑動(dòng)變阻器全部接入電路．
③不同電壓下燈泡的功率不同，燈泡在額定電壓下的功率是燈泡的額定功率，不能把不同電壓下的功率的平均值作為額定功率．

解答 解：（1）“研究電流與電壓的關(guān)系，必須保持電阻值一定．小燈泡燈絲電阻受溫度影響較大，如果兩端電壓發(fā)生改變，不僅電流發(fā)生變化，燈絲阻值也會(huì)改變，要保持電阻不變，應(yīng)該使用定值電阻；
只進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)，無法得出物理規(guī)律，所以應(yīng)該在電阻一定時(shí)，改變電阻兩端電壓，因此需要在電路中串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器．
（2）①燈泡額定電壓是3.8V，因此電壓表應(yīng)選0～15V量程；
燈泡正常發(fā)光時(shí)，電路電流約為I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
滑動(dòng)變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動(dòng)變阻器電阻為：R′=$\frac{U′}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω，所以滑動(dòng)變阻器應(yīng)選R₂（10Ω  0.5A）．
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．
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變，故障原因是：滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱．
③不同電壓下燈泡的功率不同，燈泡在額定電壓下的功率是燈泡的額定功率，取燈泡在不同電壓下功率的平均值作為燈泡的額定功率是錯(cuò)誤的．由表知，電壓為額定電壓3.8V時(shí)的功率是1.52W，即：額定功率是1.52W．
故答案為：
（1）保持電阻值一定；改變電阻兩端電壓；
（2）0～15V；R₂；燈泡斷路；滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面兩個(gè)接線柱；把功率的三個(gè)測量值的平均值當(dāng)做額定功率；1.52．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了滑動(dòng)變阻器作用、電路故障分析、求燈泡的額定功率、連接電路圖等問題，是實(shí)驗(yàn)的�？純�(nèi)容，要掌握；連接實(shí)物圖時(shí)應(yīng)注意：①電壓表、電流表的正負(fù)極不要接反．②注意電壓表、電流表的量程不要接錯(cuò)．③滑動(dòng)變阻器的分壓與限流接法，滑片移動(dòng)時(shí)阻值的變化應(yīng)符合題意要求．