Question

2．在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，已連接的部分電路如圖a所示．圖中電酒、電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V”字樣．

（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，將圖中的實(shí)物電路連接完整．
（2）正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開(kāi)關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是：燈泡斷路．
（3）故障排除后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，當(dāng)變阻器滑片滑到圖示位置時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.0V．接著應(yīng)將滑片向右滑動(dòng)，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電壓表?yè)p壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電壓表測(cè)定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)．于是向老師要了一個(gè)阻值為R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)（符號(hào)為：），借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)．假如由你來(lái)做該實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案．
①請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖．
②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟：a、燈泡與定值電阻并聯(lián)，當(dāng)定值電阻兩端的電壓等于其額定電壓時(shí)，燈泡會(huì)正常發(fā)光，閉合開(kāi)關(guān)S、S₁與a相連，調(diào)節(jié)滑片P，使電流表示數(shù)I₁=$\frac{3.8V}{{R}_{0}}$；
b、應(yīng)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，S₁與b相連，記下電流表示數(shù)I₂，為干路電流（用相應(yīng)的字母表示測(cè)出的物理量）．
③寫(xiě)出燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{{R}_{0}}$）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)額定電壓確定電壓表的量程，將電壓表并聯(lián)在燈的兩端；變阻器接線(xiàn)柱要一上一下，與燈串聯(lián)；
（2）根據(jù)燈的電壓表有示數(shù)，說(shuō)明與電壓表兩接線(xiàn)柱連接的電路是通路，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路斷路，據(jù)此
分析故障的可能原因；
（3）根據(jù)分壓原理確定滑片移動(dòng) 的方向；認(rèn)清電流表小量程的分度值讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（4）測(cè)出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓知識(shí)得知燈泡兩端的電壓，測(cè)出干路電流，根據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)得出燈泡的電流，從而根據(jù)P=UI得出燈泡的功率．

解答 解：（1）小燈泡上只能看到“3.8V”字樣，即燈的額定電壓為3.8V，所以電壓表應(yīng)選用大量程，變阻器接線(xiàn)柱要一上一下，與燈串聯(lián)，如下圖所示；

（2）正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開(kāi)關(guān)試觸時(shí)，燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明某處發(fā)生了斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源連通，所以其故障原因可能是與電壓表并聯(lián)的燈泡出現(xiàn)了斷路．
（3）電壓表的示數(shù)為3.0V小于燈的額定電壓，所以應(yīng)增大燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理可知，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以，應(yīng)將滑片向右移動(dòng)，直至燈泡兩端電壓為額定電壓；
電流表的小量程分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①電路圖如下：

②由題意知，燈泡與定值電阻并聯(lián)，當(dāng)定值電阻兩端的電壓等于其額定電壓時(shí)，燈泡會(huì)正常發(fā)光，閉合開(kāi)關(guān)S、S₁與a相連，調(diào)節(jié)滑片P，使電流表示數(shù)I₁=$\frac{3.8V}{{R}_{0}}$；
應(yīng)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，S₁與b相連，記下電流表示數(shù)I₂，為干路電流；
③小燈泡的額定電流為I=I₂-I₁，然后可求得燈泡的額定功率P=UI=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{{R}_{0}}$）．
故答案為：（1）如上圖；（2）燈泡斷路；（3）右；1.52；（4）①如上圖：
②a、燈泡與定值電阻并聯(lián)，當(dāng)定值電阻兩端的電壓等于其額定電壓時(shí)，燈泡會(huì)正常發(fā)光，閉合開(kāi)關(guān)S、S₁與a相連，調(diào)節(jié)滑片P，使電流表示數(shù)I₁=$\frac{3.8V}{{R}_{0}}$；
b、應(yīng)保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，S₁與b相連，記下電流表示數(shù)I₂，為干路電流；
③3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{{R}_{0}}$）．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡的額定功率，考查電路的連接、常見(jiàn)故障的分析、操作過(guò)程、功率的計(jì)算，影響電阻大小的因素等知識(shí)，是中考的熱點(diǎn)問(wèn)題．