Question

5．某班同學到實驗室做“測定小燈泡額定功率”的實驗．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開關各一個，導線若干，滑動變阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω  1A）．
（1）電壓表應選用0～15V擋，滑動變阻器應選用R₂（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）．
（2）圖1是小明畫出的實驗電路圖，請你根據電路圖用筆畫線代替導線，幫他將圖2中未完成的電路連接好，要求：滑動變阻器的滑片向右移動時，連入電路的阻值變小，導線不能交叉．
（3）實驗電路接好后，合上開關時，部分同學發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，根據現(xiàn)象和檢測結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、兩表的示數均較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變	①滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱
燈泡不亮、電壓表示數較大、電流表無示數	取下燈泡，兩表的示數不變	②燈泡斷路

（4）表為某小組的實驗記錄分析表：

實驗序號	電壓表示數/V	電流表示數/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

老師認為該小組的數據處理過程有錯誤，你認為錯誤之處是額定功率不應求平均值，正確的測量結果是P_額=1.52 W．

Answer 1

分析 （1）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，求得滑動變阻器電壓，求得燈泡正常工作時的電流，即滑動變阻器電流，根據R=$\frac{U}{I}$計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．
（2）由電路圖可知，電壓表與燈泡并聯(lián)，電流表與燈泡串聯(lián)，注意兩電表的量程和正負接線柱的連接；滑動變阻器的滑片向右移動時，連入電路的電阻變小可知此時要靠近下方右端接線柱．
（3）①燈泡較暗、兩表的示數均較小，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、電壓表示數較大、電流表無示數說明電路斷路；取下燈泡，兩表的示數不變說明燈泡斷路．
（4）由于燈泡的實際功率不是定值，所以不能求平均值；當燈泡在額定電壓下，燈泡正常工作時的實際功率等于燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表選擇0～15V量程．
燈泡正常工作時，電路電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
滑動變阻器兩端電壓U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動變阻器電阻為R′=$\frac{U′}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑動變阻器的電阻太小，“500Ω 1A”滑動變阻器的電阻太大，不能滿足實驗需要．
所以選擇“10Ω  0.5A”的滑動變阻器．
（2）電壓表選15V量程與燈泡并聯(lián)，電流表選0.6V的量程與燈泡串聯(lián)，滑動變阻器右下方接線柱與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

（3）①燈泡較暗、兩表的示數均較小，移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變，故障原因是：滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱．
②燈泡不亮、電壓表示數較大、電流表無示數，取下燈泡，兩表的示數不變故障原因是：燈泡斷路．
（4）由于燈泡的實際功率不是定值，所以不能通過求平均值的方法來求功率；該小組數據處理過程是錯誤的；
額定功率等于燈泡正常工作時的實際功率，即實際電壓為3.8V時的實際功率1.52W．
故答案為：
（1）0～15V；R₂；
（2）如上圖所示；
（3）①滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱；②燈泡斷路；
（4）額定功率不應求平均值；1.52．

點評 本題考查了用伏安法測燈泡電功率的實驗中電壓表、電流表、滑動變阻器的正確使用方法．對于電表量程的選擇，應盡量使在不超過電表量程的前提下，使電表指針偏轉幅度盡量大些，以保證可以多測幾組數據，從而歸納出普遍結論．