Question

某班同學(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．實驗室有如下器材：電源（電壓約為6V左右）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V），開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，滑動變阻器兩只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω  0.5A）．
（1）請你說出在這個實驗中，滑動變阻器所起作用是：________．
本實驗中電壓表應(yīng)選用________擋，滑動變阻器應(yīng)選用________．（R₁/R₂）
（2）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，主要有下列的情況，請根據(jù)現(xiàn)象指出故障的可能原因：

①連接好電路，閉合開關(guān)后，看到電壓表指針如上圖偏轉(zhuǎn)：________．
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：________．
（3）排除故障后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)電壓表的0～15V量程已壞，為了測小燈泡的額定功率，姚遠(yuǎn)小組設(shè)計了另一種實驗方案．（電阻R的阻值已知，電源電壓未知）
①電路如圖所示，連接好電路；

②開關(guān)S拔到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開關(guān)S拔到位置2，滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂．
先算出燈泡的電阻和R兩端電壓，再根據(jù)P₀=，計算燈泡的額定功率．他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與真實值相差較大，仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟②改為________．

Answer 1

解：（1）伏安法測燈泡額定功率時，滑動變阻器的主要作用是移動滑動變阻器的滑片，使燈泡在額定電壓下工作．
燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表選擇0～15V量程．
燈泡正常工作時，電路電流約為，I===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′===5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑動變阻器的電阻太小，不能滿足實驗需要．
所以選擇“10Ω  0.5A”的滑動變阻器．
（2）①電壓表的指針偏轉(zhuǎn)到最大值的右側(cè)，所接的電壓表選擇的是0～3V量程．
②燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，把燈泡取下，兩表的示數(shù)不變，所以燈泡斷路．
（3）開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P至任一位置，測出電流I₁，
開關(guān)S撥到位置2，滑片位置不變，測出電流I₂．
這種情況測出的燈泡的電阻與燈泡在3.8V時的電阻不同，
利用P=計算額定功率是有較大的誤差．
實驗應(yīng)該改為，開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P直到電流表的示數(shù)為時為止．
故答案為：（1）調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使小燈泡兩端的電壓為額定電壓；0～15V；R₂；（2）所接的電壓表量程為0～3V；燈泡斷路；（3）開關(guān)S拔到位置1，移動滑片P直到電流表示數(shù)為時為止．
分析：（1）伏安法測功率的實驗中，滑動變阻器有兩個作用：
一是保護電路．二是改變燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端電壓為額定電壓，這個作用是很重要的．
由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．
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=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．
（2）電壓表阻值擺到最大刻度右側(cè)，說明選擇量程太�。�
（3）燈泡不亮可能是燈泡短路或燈泡斷路或燈泡以外的電路斷路．取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以確定故障原因．
（4）測燈泡的額定功率，一定要使燈泡在額定電壓下工作，利用P=計算燈泡的額定功率．
燈泡在不同電壓下，燈絲溫度不同，電阻大小不同，計算額定功率必須用3.8V時的電阻，用其它電壓下的電阻會出現(xiàn)較大的誤差．
點評：本題主要考查了三個知識點：
（1）滑動變阻器規(guī)格的選擇：選擇滑動變阻器同時考慮電阻和電流，滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路的最大電流，滑動變阻器的電阻稍大于電路中需要的滑動變阻器的電阻．
（2）燈泡不亮可能是燈泡斷路或燈泡以外的地方斷路或燈泡短路，燈泡斷路時，電路斷路，電路中沒有電流，電流表無示數(shù)，電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表測量電源電壓；
燈泡短路時，電路總電阻減小，電路電流增大，電流表示數(shù)增大，電壓表測量導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0．
燈泡以外的地方斷路，整個電路都處于斷開狀態(tài)，燈泡不亮，電壓表和電流表都沒有示數(shù)．
（3）通過實驗誤差分析，考查了燈絲不同溫度下電阻大小不同．