Question

6．在“測量小燈泡的額定功率”實驗中，燈泡上標(biāo)有“3.8V”的字樣，電源電壓恒定不變．
（1）請你用筆劃線代替導(dǎo)線，將甲圖中的實物電路完整，要求滑片向左移動時燈泡變亮．
（2）閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片，發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，其故障原因可能是小燈泡短路．
（3）排除故障后，開始實驗，閉合開關(guān)，電壓表的示數(shù)為2.5V，此時應(yīng)將變阻器滑片向左（選填“左”或“右”）端調(diào)節(jié)，在移動變阻器滑片的過程中，眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)，直至燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)為0.4A，則燈泡的額定功率為1.52W．
（4）完成上述實驗后，又找來了一個阻值為R₀的電阻和兩個開關(guān)．并借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設(shè)計了如圖乙所示的電路，也測出了小燈泡的額定功率．請完成下列的實驗步驟：
①閉合開關(guān)S₁和S₃，移動滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V時，停止移動滑片，然后再斷開閉合的開關(guān)：
②保持滑片的位置不動，再閉合開關(guān)S₁和S₂，讀出此時電壓表的示數(shù)為U；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)滑片向左滑動，燈泡變亮，則說明電路電流變大，滑動變阻器電阻變小，確定滑動變阻器下接線柱．
（2）閉合開關(guān)，電流表有示數(shù)，說明電路中存在短路，電壓表無示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)部分短路．
（3）在額定電壓下燈泡的功率為額定功率，根據(jù)實際電壓和額定電壓關(guān)系，結(jié)合電路圖判斷滑動變阻器移動方向；眼睛注視電壓表，確定調(diào)到了額定電壓，由P=UI計算額定功率．
（4）要測量燈泡額定功率，首先讓燈泡兩端電壓等于額定電壓3.8V，然后結(jié)合電路圖，在讓燈泡正常工作前提下，找出能夠計算出電功率的實驗步驟，最后計算出電功率．

解答 解：（1）根據(jù)滑片向左滑動，燈泡變亮，說明電路中電流變大，滑動變阻器電阻變小，靠近下接線柱，應(yīng)接左邊下接線柱，如圖所示．

（2）閉合開關(guān)，電流表有示數(shù)，說明電路中存在短路，電壓表無示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的小燈泡短路．
（3）燈泡兩端實際電壓為2.5V小于額定電壓3.8V，為了測量額定電壓，電壓表示數(shù)應(yīng)變大，根據(jù)串聯(lián)分壓，滑動變阻器電阻應(yīng)變小，滑片應(yīng)向左滑動；
為了確定燈泡兩端電壓等于額定電壓，眼睛應(yīng)注視電壓表；燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（4）①讓燈泡兩端電壓等于額定電壓3.8V，使燈泡正常工作，應(yīng)閉合開關(guān)S₁和S₃，移動滑片電壓表示數(shù)為3.8V．
②使燈泡能夠正常工作，能夠通過已知電阻R₀計算出通過燈泡電流，應(yīng)閉合開關(guān)S₁和S₂，讀出電壓表示數(shù)U，由R₀兩端電壓：U₀=U-U_燈，通過R₀電流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$．
③當(dāng)閉合S₁和S₃時，R₀和燈泡串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，當(dāng)閉合S₁和S₂時，電壓表測R₀和燈泡兩端總電壓，
由R₀兩端電壓，U₀=U-U_燈=U-3.8V，通過R₀電流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}=\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡的額定功率P=U_燈I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）如圖所示；（2）小燈泡短路；（3）左；電壓表；1.52；（4）①S₁和S₃；3.8；②S₁和S₂；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$

點評 此題考查了，電路連接、故障分析、功率的計算、電路設(shè)計，特別是電路設(shè)計對學(xué)生來說是難點．