Question

17．小明和同學(xué)們做“測(cè)定小燈泡的功率”實(shí)驗(yàn)，器材有：“2.5V”和“3.8V”兩種規(guī)格的燈泡、滑動(dòng)變阻器（20Ω  1A），電流表（0-0.6A和0-3A）和電壓表（0-3V和0-15V）、開關(guān)、導(dǎo)線若干、電源（電壓相等且保持不變）．請(qǐng)回答下列問題．

（1）用畫筆線代替導(dǎo)線完成圖1甲的實(shí)物電路連接，要求滑動(dòng)變阻器的滑片P向右滑動(dòng)時(shí)電流表的示數(shù)減�。�
（2）為測(cè)出額定電壓為3.8V小燈泡的額定功率，小明正確連接電路后，閉合開關(guān)移動(dòng)滑片，直至電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓3.8V時(shí)，燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖1乙所示，則小燈泡的額定功率為1.14W．
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明發(fā)現(xiàn)自己無法準(zhǔn)確判斷電壓表指針是否指向3.8V，于是他又做了2次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)都認(rèn)為電壓表示數(shù)最接近3.8V．并將這三次功率的計(jì)算結(jié)果取平均值得出燈泡的額定功率．你認(rèn)為小明這樣處理數(shù)據(jù)的方法是合理．（選填“合理”或“不合理”）．
（4）實(shí)驗(yàn)中，甲乙兩組同學(xué)分別選用上述不同規(guī)格的小燈泡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)滑片過程中電表示數(shù)都發(fā)生變化，當(dāng)兩組電路的燈泡都正常發(fā)光時(shí)，恰好電壓表示數(shù)均為2.5V，電流表示數(shù)均為0.3A，并且甲組的燈泡比乙組的亮．小明發(fā)現(xiàn)，其中一組的電路連接有問題，造成這種現(xiàn)象的原因是電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，由此可得出電源電壓是6.3V；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使兩組電路中小燈泡兩端的電壓均為2.5V時(shí)，乙組燈較亮．（選填“甲組”或“乙組”）．
（5）小明繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，利用上述器材和兩個(gè)阻值已知且大小不等的定值電阻R₁、R₂，設(shè)計(jì)了測(cè)量未知電阻R_x的四種實(shí)驗(yàn)電路（如圖2）．由于電源電壓未知，其中無法測(cè)出未知電阻R_x的是甲．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，且要接一上一下，滑片向右移動(dòng)時(shí)，電流表的示數(shù)變大，則滑動(dòng)變阻器的電阻應(yīng)減小；
（2）當(dāng)燈泡兩端電壓為額定電壓時(shí)，燈泡正常發(fā)光；根據(jù)圖1乙確定電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電流表的示數(shù)，然后根據(jù)P=UI求出小燈泡的額定功率；
（3）為能準(zhǔn)確地測(cè)出小燈泡的額定電功率，可使燈泡兩端的電壓為額定電壓，分別測(cè)出三組電流值，計(jì)算出電功率求平均值．
（4）燈泡額定電壓一個(gè)是2.5V，一個(gè)是3.8V，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)電壓表示數(shù)都是2.5V，則測(cè)額定電壓為3.8V的燈泡功率時(shí)，電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)；
由于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流都是0.3A，則根據(jù)P=UI可知額定電壓為2.5V的燈泡實(shí)際功率小，燈泡較暗，由題意知，甲組燈泡比乙組燈泡亮，則甲組使用的是3.8V的燈泡；
根據(jù)甲燈額定電壓是3.8V，燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器電壓是2.5V，由串聯(lián)電路特點(diǎn)可以求出電源電壓．
由于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流都是0.3A，根據(jù)歐姆定律可知，額定電壓為3.8V的燈泡阻值較大；根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$判斷燈泡兩端電壓都為2.5V燈泡的亮度；
（5）要測(cè)量R_x的阻值，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$可知，需知道被測(cè)電阻兩端電壓和通過的電流，據(jù)此分析．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器與燈泡串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器的滑片P向右移動(dòng)時(shí)，電流表的示數(shù)變小，則滑動(dòng)變阻器的阻值增大，下面應(yīng)接左邊的接線柱，如圖所示：

（2）正確連線后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，直至電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓3.8V時(shí)，燈泡正常發(fā)光；
根據(jù)圖乙可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A；
小燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
（3）要正確測(cè)量小燈泡的額定功率，可使燈泡兩端的電壓為額定電壓，分別測(cè)出三組電流值，計(jì)算出電功率求平均值；
因?yàn)殡妷罕頍o法準(zhǔn)確顯示3.8V的刻度，所以可通過小明的方法求平均值，這樣比較合理．
（4）由于燈泡額定電壓一個(gè)是2.5V，一個(gè)是3.8V，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)電壓表示數(shù)都是2.5V，則測(cè)額定電壓為3.8V的燈泡功率時(shí)，電壓表測(cè)量變阻器兩端的電壓，即電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)；
由于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流都是0.3A，則根據(jù)P=UI可知額定電壓為2.5V的燈泡實(shí)際功率小，燈泡較暗，
由題意知，甲組燈泡比乙組燈泡亮，則甲組使用的是3.8V的燈泡；
由上分析可知：甲燈正常發(fā)光時(shí)燈泡兩端電壓為額定電壓3.8V，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為2.5V，則電源電壓為3.8V+2.5V=6.3V．
由于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流都是0.3A，則根據(jù)R=$\frac{U}{I}$可知額定電壓3.8V燈泡的阻值大；
調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使兩組電路中小燈泡兩端的電壓均為2.5V時(shí)，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知額定電壓2.5V的燈泡實(shí)際功率大，燈泡的亮度大，所以乙組燈較亮．
（5）甲圖、將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大，讀出電壓表的示數(shù)U₁，并根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流I，再利用串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)求出被測(cè)兩端電壓為U-U₁，由于變阻器的阻值很大，所以U-U₁接近零，所以該電路無法測(cè)量未知電阻的阻值；
乙圖、使滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零，此時(shí)被測(cè)電阻兩端電壓等于電源電壓U，并讀出電流表的示數(shù)I，則R_x=$\frac{U}{I}$，因此該電路可以測(cè)量出未知電阻的阻值；
丙圖、當(dāng)開關(guān)S撥至1時(shí)，讀出電流表的示數(shù)為I，然后根據(jù)U=IR求出R₁兩端電壓，再利用串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和歐姆定律的變形公式即可求出R_x的阻值，即R_x=$\frac{U}{I}$-R₁，因此該電路可以測(cè)量出未知電阻的阻值；
丁圖、閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)為U₁，然后根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，再利用串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和歐姆定律的變形公式即可求出R_x的阻值，即R_x=$\frac{U-{U}_{1}}{\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{U}_{1}}$R₁，因此該電路可以測(cè)量出未知電阻的阻值．
故答案為：（1）見上圖；（2）電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓3.8V；1.14；（3）合理；（4）電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)；6.3；乙組；（5）甲．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)量功率實(shí)驗(yàn)的原理、儀表測(cè)量對(duì)象、電流表讀數(shù)以及功率的計(jì)算等；關(guān)鍵是求電源電壓、比較燈泡亮度關(guān)系、比較燈泡實(shí)際功率大小，只有認(rèn)真分析題意、應(yīng)用串聯(lián)電路規(guī)律、電功率公式才可以正確解題．還考查了利用電壓表或電流表測(cè)未知電阻的阻值，本題難度較大，是一道難題，