Question

13．初三（2）班同學(xué)到實驗室做“測定小燈泡額定功率”的實驗．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實驗桌上有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0-0.6-3A）、電壓表（0-3V-15V）、開關(guān)各一個，導(dǎo)線若干，滑動變阻器三只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．小明同學(xué)設(shè)計的電路如圖所示：

（1）請你將電壓表選擇適當(dāng)?shù)牧砍蹋�用筆畫線代替導(dǎo)線，幫小明同學(xué)將電路連接完整．
（2）滑動變阻器應(yīng)選用R₂（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）
（3）實驗電路接好后，合上開關(guān)時，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，請根據(jù)現(xiàn)象和檢測結(jié)果指出故障的可能原因：

序號	故障現(xiàn)象	檢測	故障原因
1	燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變	滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱
2	燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變	燈泡斷路

（4）下表為某小組的實驗記錄分析表：

實驗序號	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P額=（$\frac{（1.08+1.52+1.89）}{3}$=1.50W
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老師認(rèn)為該小組數(shù)據(jù)處理過程有誤，你認(rèn)為正確測量結(jié)果P_額=1.52W．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)小燈泡的額定電壓選擇電壓表的適當(dāng)量程；
（2）燈泡與滑動變阻器串聯(lián)在約為6V的電源上，燈泡正常工作時，求得滑動變阻器電壓，求得燈泡正常工作時的電流，即滑動變阻器電流，根據(jù)R=UI計算需要的滑動變阻器的最小電阻．滑動變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路中的最大電流．
（3）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變，說明滑動變阻器不能改變接入電路中的電阻，原因是滑動變阻器接錯；
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)說明電路斷路；取下燈泡，兩表的示數(shù)不變說明燈泡斷路；
③燈泡不亮、電壓表無示數(shù)、電流表有示數(shù)，說明電路短路；取下燈泡，兩表的示數(shù)不變說明燈泡短路．
（4）不同電壓下燈泡的功率不同，燈泡在額定電壓下的功率是燈泡的額定功率，不能把不同電壓下的功率的平均值作為額定功率．

解答 解：（1）小燈泡的額定電壓為3.8V，應(yīng)當(dāng)選擇電壓表0-15V的量程；電壓表與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器的右下方接線柱與燈泡串聯(lián)組成電路，如下圖所示：

（2）燈泡正常工作時，電路電流約為I=$\frac{U}{{R}_{L}}$$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，滑動變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動變阻器電阻為：R′=$\frac{U′}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω，所以滑動變阻器應(yīng)選R₂（10Ω  0.5A）．
（3）①燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小，移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變，故障原因是：滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱；
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)，取下燈泡，兩表的示數(shù)不變故障原因是：燈泡斷路．
（4）不同電壓下燈泡的功率不同，燈泡在額定電壓下的功率是燈泡的額定功率，取燈泡在不同電壓下功率的平均值作為燈泡的額定功率是錯誤的．由表知，電壓為額定電壓3.8V時的功率是1.52W，即：額定功率是1.52W．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）R₂；（3）滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱；燈泡斷路；（4）1.52．

點評 解決本題的關(guān)鍵：一是電壓表、滑動變阻器的正確使用，二是歐姆定律的靈活運用，三是電路故障的判斷，四知道額定電壓下的功率為額定功率．