Question

4．李明、小華和小紅三位同學(xué)各自進(jìn)行“測定小燈泡電功率”的實驗．實驗中所用器材規(guī)格均相同，小燈標(biāo)有“3.8V”字樣，電源電壓為6伏且保持不變．
（1）李明連接的電路如圖所示，圖中電路尚未連接完，請你用筆畫線代替導(dǎo)線在圖中正確連接．
（2）李明同學(xué)實驗步驟正確，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表示數(shù)為0.3A，接下來他首先應(yīng)進(jìn)行的操作是C（選填字母序號）
A．檢查電路是否斷路
B．更換小燈泡
C．移動滑動變阻器的滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光
李明進(jìn)行了上述正確的操作后，觀察到小燈始終不亮，電流表示數(shù)會變化、但電壓表示數(shù)始終為零．若電路中只有一處故障且只發(fā)生在小燈L或滑動變阻器R上，電路故障是小燈泡短路．
（3）小華的實驗電路連接正確，但在剛好連接好最后一根導(dǎo)線時，小燈泡發(fā)出耀眼的白光后突然熄滅，此刻他會觀察到電壓表指針達(dá)到某一刻度（“回到0刻度”、“達(dá)到某一刻度”或“超過滿刻度）
小華實驗時，其部分實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄如表

實驗次數(shù)	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	燈泡亮度
1	1	0.1	較暗
2	3.8		正常發(fā)光
3	4	0.36	強烈發(fā)光

由于小華粗心大意，沒有記錄燈泡正常發(fā)光時電流表的示數(shù)，于是他根據(jù)第一次實驗數(shù)據(jù)計算出燈泡電阻：R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1V}{0.1A}$=10Ω，再計算出燈泡兩端電壓為3.8V時的功率：P=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{R}$=$\frac{（3.8V）^{2}}{10Ω}$=1.444W．請你幫他判斷，小燈泡的額定功率應(yīng)小于1.444W（選填“大于”、“等于”、“小于”）
（4）小紅按電路圖正確接線，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片P，燈泡正常發(fā)光時，電壓表指針偏轉(zhuǎn)角度較小，根據(jù)測量時電表示數(shù)超過所用量程的一半可以減少誤差的原則，小紅將電路略做改動依然完成了實驗（電源電壓為6V且穩(wěn)定不變），他的改動是：電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端．然后閉合開關(guān)，移動變阻器的滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時，小燈泡正常發(fā)光，此時可根據(jù)電流表的讀數(shù)計算出小燈泡的額定功率，小紅受到“伏安法測電阻”實驗的影響，為減少實驗誤差，小紅靈機一動，還測出了幾組小燈泡在不同電壓下的電功率，并求出它們的平均值作為小燈泡的額定功率．請你幫她判斷，小紅處理數(shù)據(jù)的方法是錯誤（選填“正確”或“錯誤”）的．

Answer 1

分析 （1）本實驗中滑動變阻器、燈泡、電流表應(yīng)串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)．
（2）閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電表有示數(shù)，說明電路是通路，不用更換燈泡，也不用檢查電路是否斷路，可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，分析電阻過大的原因，然后進(jìn)行下一步操作．
小燈泡不發(fā)光說明燈泡短路或電路中電流過小或電路某處斷路，電流表的示數(shù)為0.3A說明不可能斷路或電路中的電流過�。�
（3）燈泡發(fā)出耀眼的白光后熄滅，說明兩端電壓超過額定電壓太多，燒斷燈絲出現(xiàn)斷路．
燈泡電阻受溫度影響，隨溫度升高而增大，由電功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析答題．
（4）燈泡正常發(fā)光時，發(fā)現(xiàn)電壓表指針偏轉(zhuǎn)角度很小說明電壓表選擇的量程過大，電源電壓為6V，燈泡額定電壓為3.8V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點求得滑動變阻器電壓為2.2V，超過0～3V量程的一半，即電壓表用3V的量程且與滑動變阻器并聯(lián)即可完成實驗；
小燈泡在不同電壓下的功率不同，在額定電壓下的功率為額定功率．

解答 解：
（1）測定小燈泡電功率中，滑動變阻器、燈泡、電流表應(yīng)串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)，如圖所示：

（2）閉合開關(guān)前，滑片置于阻值最大處，閉合開關(guān)后，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，電路不存在斷路，滑動變阻器阻值全部接入電路，電路總電阻很大，電路電流很小，燈泡實際功率很小，可能不足以引起燈泡發(fā)光，下一步操作：移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光，即應(yīng)進(jìn)行C項操作．
小燈泡不發(fā)光說明燈泡短路或燈泡斷路或滑動變阻器斷路，電流表的示數(shù)為0.3A，說明燈泡不可能斷路、滑動變阻器不可能斷路，故電路中存在的故障可能是小燈泡短路．
（3）燈絲因電壓太高燒斷后，電壓表與滑動變阻器、電源串聯(lián)，所以測量電源電壓，因此指針達(dá)到某一刻度．
燈泡電阻受溫度影響，隨溫度升高而增大，
燈泡正常發(fā)光時的溫度比測第一組數(shù)據(jù)時的溫度高，電阻阻值大于10Ω，
電阻R偏小，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計算出的功率偏大，所以燈泡的額定功率應(yīng)小于1.444W．
（4）燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端，電壓表選擇0～15V，但偏轉(zhuǎn)角度太小、誤差較大；
當(dāng)燈泡正常發(fā)光時，燈泡和滑動變阻器串聯(lián)在電路中，電源電壓為6V，要使燈泡電壓為3.8V，滑動變阻器兩端電壓U_滑=6V-3.8V=2.2V，超過0～3V量程的一半；
故電壓表選0～3V的量程，然后與滑動變阻器并聯(lián)；
小紅的做法錯誤，小燈泡在不同電壓下的功率不同，在額定電壓下的功率為額定功率．
故答案為：（1）見上圖；（2）C；小燈泡短路；（3）達(dá)到某一刻度；小于；（4）電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端；2.2；錯誤．

點評 本題是測量燈泡的額定功率實驗，考查了實物電路的連接，實驗操作、電路故障判斷、實驗改進(jìn)設(shè)計等．考查知識點多，綜合性強，注重分析、解決問題能力的考查，有一點難度．