Question

5．在测额定电压为3.8V小灯泡（电阻大约为10Ω左右）额定功率的实验时，小明连接了如图甲所示的电路，其中电源电压为6V．
（1）请将实物电路连接完整（要求：滑动变阻器的滑片向左移动时小灯变亮）．
（2）若在连接电路时，有A（5Ω1A）、B（10Ω0.5A）和C（15Ω0.2A）三个滑动变阻器可共选择，则应该变阻器B（选填“A”、“B”或“C”）接入电路，才能保证实验顺利进行．
（3）小明合理连接好电路，闭合开关，发现无论怎样调节滑动变阻器灯泡都不亮，小明分析后确定是灯泡的故障．若电流表没有没有示数，电压表有示数，可以判断灯泡断路．
（4）在某次实验时，电压表出现了故障不能使用，小明向老师借了一只定值电阻R₀（R₀值已知），设计了如图乙所示的电路，继续测量额定电压为L_额的小灯泡的额定功率．
①测量时，应闭合开关S和S₁，调节滑动变阻器，当电流表的示数为$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$时，小灯泡正常工作．
②断开所有开关后，再将开关S和S₂闭合，读出电流表的示数为I．
③算出小灯泡的额定功率P_额=U_额（I-$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$）（用I、U_额和R₀表示）．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡额定电压确定电压表量程，滑动变阻器的滑片向左移动时小灯变亮，说明滑动变阻器使用左半段电阻丝，滑动变阻器应接左下接线柱，把灯泡与滑动变阻器串联接入电路，电压表与灯泡并联，即可完成电路连接．
（2）连接电路时，开关要断开；由串联电路特点及欧姆定律求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，然后根据该阻值选择滑动变阻器．
（3）当灯泡断路时，灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数；当灯泡短路时，灯泡不亮，电流表有示数，电压表无示数，据此分析故障原因．
（4）①根据并联电路电压的关系，各支路两端的电压相等，当电阻两端的电压等于灯泡的额定电压时，小灯泡正常发光，根据欧姆定律得出电流表的示数；
②根据并联电路中干路电流等于各支路电流之和计算出灯泡的电流；
③根据P=UI写出小灯泡的额定功率表达式．

解答 解：（1）灯泡额定电压是3.8V，电压表应选0～15V量程，电压表与灯泡并联，灯泡与滑动变阻器串联接入电路，根据滑动变阻器的滑片向左移动时小灯变亮，则滑动变阻器接入电路的电阻是滑片左边的，故应接左下接线柱，电路图如图所示．

（2）灯泡正常发光时电路电流I=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
根据串联电路的电压特点可知：
此时滑动变阻器两端电压U_滑=U-UL=6V-3.8V=2.2V，
由I=$\frac{U}{R}$得：滑动变阻器接入电路的阻值
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω＞5Ω，滑动变阻器应选B．
（3）灯泡的故障，若电流表没有示数，电压表有示数，可以判断灯泡断路；若电流表有示数，电压表没有示数，可判断灯泡短路；
（3）①，要使小灯泡正常发光，则灯泡两端的电压等于额定电压，应断开S₂、S，闭合S₁，此时电流表的示数应为I₀=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$；
②要测通过灯泡的电流，在不拆电流表的情况下，则应闭合S₂、S，断开S₁，此时电流表测干路电流，则灯泡的电流I_额=I-I₀=I-$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$；
③根据功率公式P_额=U_额I_额=U_额（I-$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$）
故答案为：（1）图略．（2）断开；B．（3）断路；（4）①S₁；$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$；②S₂；I-$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$；③U_额（I-$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$）．

点评 本题考查了实验注意事项、连接实物电路图、滑动变阻器的选择、电路故障分析、实验数据处理、滑动变阻器的作用等，是实验的常考问题，一定要掌握；连接实物电路图时，要注意电表量程的选择，注意题目要求．