Question

5．在測(cè)定標(biāo)有“3.8V”小燈泡（阻值約為10Ω）額定功率的實(shí)驗(yàn)中，所給的器材如下：學(xué)生電源（有3V、6V、9V三檔）、電阻R₁=5Ω、兩塊電流表（0-0.6A-3A）、兩只滑動(dòng)變阻器（A、“5Ω2A”，B、“10Ω1A”）．請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)：

（1）請(qǐng)根據(jù)圖甲中的電路，將圖乙中實(shí)物電路補(bǔ)充完整．
（2）在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，你將選用學(xué)生電源的6V檔，選擇A（選填“A”、“B”）滑動(dòng)變阻器．
（3）在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中滑動(dòng)變阻器的作用是：保護(hù)電路、通過(guò)調(diào)節(jié)接入電路中的電阻，調(diào)節(jié)加在小燈泡兩端的電壓，使之為額定電壓，測(cè)出此時(shí)的電流，求出小燈泡的額定功率．
（4）調(diào)節(jié)變阻器，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流表A₁的示數(shù)如圖丙，則小燈泡的額定功率是1.52W，在實(shí)驗(yàn)時(shí)同學(xué)們還分別測(cè)出了小燈泡在不同電壓下的功率值，并求出了功率的平均值減小誤差，請(qǐng)你評(píng)價(jià)一下他們的做法．

Answer 1

分析 （1）由電路圖連接實(shí)物，從電源正極開(kāi)始，先連接一條支路到電源負(fù)極．找出分點(diǎn)和合點(diǎn)．從分點(diǎn)開(kāi)始，按照電流方向依次串聯(lián)各元件到合點(diǎn)．
注意滑動(dòng)變阻器選擇一上一下串聯(lián)在電路中．
電流表A₂的量程由R₁兩端的電壓和電阻來(lái)確定，電流由電流表的正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出．
（2）由電壓和電阻分別計(jì)算兩個(gè)支路的電流，得到干路電流來(lái)確定滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇．
燈泡的額定電壓為3.8V，電源電壓要高于3.8V，
如果電源電壓為9V，當(dāng)燈泡正常工作時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為9V-3.8V=5.2V，滑動(dòng)變阻器在電路中最小電阻幾乎等于最大電阻，不容易完成實(shí)驗(yàn)，排除9V，選6V為電源電壓．
（3）據(jù)滑動(dòng)變阻器的作用分析即可判斷；
（4）電流表讀數(shù)：首先確定使用的量程，然后確定每一個(gè)大格和每一個(gè)小格代表的示數(shù)，知道電壓和電流，根據(jù)P=UI計(jì)算功率．同時(shí)在不同電壓下燈泡的實(shí)際功率發(fā)生了變化，這不是誤差，是真實(shí)值發(fā)生了變化，所以求功率的平均值無(wú)意義．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器已經(jīng)選定了下面接線柱，任意選擇上面一個(gè)接線柱，把滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中．
R₁的電流約為：I₁=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{1}}$=$\frac{3.8V}{5Ω}$=0.76A＞0.6A，所以，電流表A₂選擇0～3A量程．
按照電路圖，補(bǔ)全其中燈泡所在的支路，由電源正極開(kāi)始，依次串聯(lián)開(kāi)關(guān)、電流表A₁、燈泡、滑動(dòng)變阻器到電源負(fù)極．
分點(diǎn)是開(kāi)關(guān)與電流表A₁之間的任意接線柱，合點(diǎn)是燈泡與滑動(dòng)變阻器之間的任意接線柱．
從合點(diǎn)開(kāi)始，連接電流表A₂、定值電阻R₁到合點(diǎn)．如圖：

（2）燈泡正常工作時(shí)，電流約為：I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
由（1）知，此時(shí)R₁電流為I₁=0.76A，
干路電流I=I_L=I₁=0.38A+0.76A=1.14A．
滑動(dòng)變阻器B“10Ω 1A”允許通過(guò)的最大電流太小不合格，
選擇“5Ω 2A”的滑動(dòng)變阻器A．
燈泡額定電壓為3.8V，電源電壓要大于3.8V，排除3V電源．
如果選擇9V為電源電壓，燈泡正常工作時(shí)，滑動(dòng)變阻器電壓為U'=U_總-U_L=9V-3.8V=5.2V，
滑動(dòng)變阻器電阻最小值為：R'=$\frac{U′}{I}$=$\frac{5.2V}{1.14A}$=4.56Ω，
與滑動(dòng)變阻器最大阻值相差太小，實(shí)驗(yàn)不易操作，排除9V．
如果選擇6V為電源電壓，燈泡正常工作時(shí)，滑動(dòng)變阻器電壓為U''=U_總′-U_L=6V-3.8V=2.2V，
滑動(dòng)變阻器電阻最小值為：R''=$\frac{U″}{I}$=$\frac{2.2V}{1.14A}$=1.93Ω，
與滑動(dòng)變阻器最大阻值相差較多，實(shí)驗(yàn)容易操作．
所以，選擇6V的電源．
（3）據(jù)題意可知，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的作用是：保護(hù)電路、通過(guò)調(diào)節(jié)接入電路中的電阻，調(diào)節(jié)加在小燈泡兩端的電壓，使之為額定電壓，測(cè)出此時(shí)的電流，求出小燈泡的額定功率；
（4）燈泡工作電流約為0.38A，電流表A₁選擇0～0.6A量程，每一個(gè)大格代表0.2A，每一個(gè)小格代表0.02A，電流為0.4A，P=U_LI_L=3.8V×0.4A=1.52W．
他們的做法并不正確，因?yàn)樵诓煌�電壓下燈泡的�?shí)際功率發(fā)生了變化，這不是誤差，是真實(shí)值發(fā)生了變化，所以求功率的平均值無(wú)意義．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖；（2）6； A；（3）保護(hù)電路、通過(guò)調(diào)節(jié)接入電路中的電阻，調(diào)節(jié)加在小燈泡兩端的電壓，使之為額定電壓，測(cè)出此時(shí)的電流，求出小燈泡的額定功率；（4）1.52；  他們的做法并不正確，因?yàn)樵诓煌�電壓下燈泡的�?shí)際功率發(fā)生了變化，這不是誤差，是真實(shí)值發(fā)生了變化，所以求功率的平均值無(wú)意義．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道比較難的實(shí)驗(yàn)題．難點(diǎn)如下：
（1）由電路圖連接實(shí)物圖是燈泡與定值電阻先并聯(lián)，然后與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，是混聯(lián)電路．
掌握這種復(fù)雜的實(shí)物連接方式，先連其中一條支路，然后找出分點(diǎn)與合點(diǎn)，從分點(diǎn)再串聯(lián)各元件到合點(diǎn)．
（2）電流表的讀數(shù)是通過(guò)電壓和電阻計(jì)算電流，確定電流表量程再讀數(shù)．
（3）滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇是通過(guò)電路需要的電阻和電路最大電流來(lái)確定．
（4）電源電壓是通過(guò)假設(shè)排除方法來(lái)確定．
總之，本題每個(gè)題目的條件都不是很直接，而是通過(guò)計(jì)算來(lái)獲得的．