Question

20．如圖1所示，是測量小燈泡電功率的電路，其中電源是由三只新蓄電池組成（U=6V），小燈泡額定電壓是3.8V，其燈絲額定電壓下的電阻約為10Ω，滑動變阻器標有“10Ω、1A”字樣，電流表（0～0.6A、0～3A），電壓表（0～3V、0～15V）．

（1）請用筆畫線代替導線，把圖1中未連接好的元件連入電路中．（要求：滑片P向左移時燈變亮，且連線不得交叉）
（2）小剛合理地連接好電路，并按正確的順序操作，閉合開關后發(fā)現(xiàn)故障，觀察電表，記錄了讀數(shù)．聰明的你幫助小剛在下面選出故障原因．

電流表示數(shù) I/A	電壓表示數(shù) U/V	最可能的選項
0	約6	A
0.6	約0	C

A、可能燈絲斷了
B、可能是電流表開路
C、可能是小燈泡短路
D、可能是滑動變阻器短路
（3）排除故障后，在測量小燈泡的額定功率時，調節(jié)滑動變阻器，小燈泡兩端電壓為
3.8V，燈泡正常發(fā)光．測得此時過燈泡電流0.4A，那么此燈額定功率為1.52W；若小燈泡兩端實際電壓為額定電壓的1.2 倍，則實際功率為額定功率的1.44倍．（設燈泡電阻不變）
（4）實際測量過程中小剛才發(fā)現(xiàn)電壓表0～15V量程已損壞（另一量程完好），但他仍想利用現(xiàn)有器材測出小燈泡的額定功率，請你幫小剛重新設計新的電路圖并畫在圖2的方框內．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程，燈泡、滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，注意電壓表正負接線柱不要接反，滑動變阻器應接一上一下兩個接線柱．
（2）常見電路故障有斷路與短路兩種，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因；
（3）當燈泡電壓等于額定電壓時，燈泡正常發(fā)光，然后根據(jù)P=UI求出燈泡額定電功率，由于燈泡電阻不變，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$即可判斷燈泡功率的變化；
（4）可根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點計算，若滑動變阻器與電壓表并聯(lián)時是否超過電壓表的3V量程，若不超過可設計電壓表與滑動變阻器并聯(lián)的電路來完成燈泡額定功率的測量．

解答 解：（1）滑動變阻器串聯(lián)接入電路，并且要按“一上一下”的方式接入電路，
又因為滑動變阻器滑片P向左移時燈泡變亮，說明此時電路電阻減小，
所以應將滑動變阻器的左下接線柱與燈泡的右接線柱連接；
因為燈泡額定電壓是3.8V，所以電壓表應選0～15V量程，將電壓表與燈泡并聯(lián)即可，電路圖如圖所示：

（2）電流表示數(shù)為零，說明電路存在斷路，電壓表示數(shù)為6V等于電源電壓，說明電壓表與電源兩極相連，
電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路，故A正確．
電流表示數(shù)為0.6A，說明電路是通路，電路不存在斷路，電壓表示數(shù)為零，說明電壓表被短路，
即與電壓表并聯(lián)的燈泡發(fā)生短路，故C正確．
（3）測量小燈泡的額定功率時，應先調節(jié)滑動變阻器的滑片，使小燈泡兩端電壓達到額定電壓3.8V，
則小燈泡的額定功率為：P_額=U_額I_額=3.8V×0.4A=1.52W．
若小燈泡兩端實際電壓為額定電壓的1.2 倍，即：U_實=1.2U_額，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，燈泡的額定功率：P_額=$\frac{{U}_{額}^{2}}{R}$，
燈泡的實際功率：
P_實=$\frac{{U}_{實}^{2}}{R}$=$\frac{（1.2{U}_{額}）^{2}}{R}$=1.44×$\frac{{U}_{額}^{2}}{R}$=1.44P_額．
（4）三只蓄電池的電壓為6V，當燈泡在額定電壓下工作時，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點可知：
滑動變阻器分擔的電壓為6V-3.8V=2.2V＜3V，沒有超過電壓表的3V量程，
所以把電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端，移動滑動變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為2.2V時，
燈泡正常發(fā)光，讀出此時電流表示數(shù)即可計算出其額定功率．電路圖如下圖所示：

故答案為：（1）見上圖；（2）A；C；（3）3.8；1.52；1.44；（4）見上圖．

點評 本題考查了滑動變阻器的使用、實物圖的連接、故障問題分析、測燈泡額定功率的方法等，這些知識點是伏安法測功率中最常見的內容，一定要掌握．