Question

7．如图所示在测定小灯泡额定功率的实验中 （所用灯泡的额定电压U₀=3.8V）．
（1）小组1采用图a所示的方案，还可以测量小灯泡的电阻；
测量时发现闭合开关后，无沦怎样移动滑片P，灯都不亮，电流表示数始终为0A，电压表示数约为6V，
则电路中出现的故障可能是：灯泡断路；排除故障后，调节滑动变阻器，直到电压表的示数为3.8V，此时电流表示数如图b所示，则小灯泡的额定功率为1.14W：
（2）小组2设计了另一种实验方案（其中电源电压未知，电阻R的阻值已知）：
实验步骤：①电路如图c所示，清你按电路幽在图d中用笔画线连好电路；②开关S拨到位置1，移动滑片P至任一位置，读出电流表示数I₁；③开关S拨到位置2，滑片P位置不动，读出电流表示数I₂．
数据处理：先算出了灯泡的电阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$． （请你用所测的物理量表示），再根据P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，计算出灯
的额定功率．他们按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，原因是：灯丝的电阻随电压（温度）的增大而增大．仔细分析后，他们认为要准确测出灯泡的额定功率，只需将上述步骤②改为移动滑片P，使电流表示数为I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）根据测量灯的电阻的原理作答；
无论怎样移动滑片P，灯都不亮，电流表示数始终为0A，说明电路断路；电压表示数约为6V，说明电压表与电源两极连通，则与电压表并联的灯泡之外的电路为通路，则与电压表并联的灯泡断路了；
确定电流表的量程、最小分度值，然后读出电流表示数，由P=UI求出灯泡的额定功率；
（2）①由电路图c可知，当开关S拨到位置1时，定值电阻与电流表串联后再与灯并联；当开关S拨到位置2时，定值电阻与灯先并联后再与电流表串联，据此连接；
③根据开关S拔到位置1和开关S拔到位置2时，电路中三个用元件的连接方式没有发生改变，用电器的电压不变，根据并联电路电压和电流规律，由②可得灯泡两端电压U=I₁R，由③得灯泡电流I=I₂-I₁，然后根据欧姆定律可求灯泡电阻；
灯泡的额定功率只有灯泡在额定电压下发光时的功率为额定功率；灯丝的电阻随电压（温度）的改变而改变．

解答 解：（1）测量灯的电阻的原理R=$\frac{U}{I}$，所以，小组1采用图a所示的方案，还可以测量小灯泡的电阻大小；
经分析，闭合开关后，无沦怎样移动滑片P，灯都不亮，电流表示数始终为0A，电压表示数约为6V，则电路中出现的故障可能是灯泡断路而导致电压表串联在电路中了；
由图知：电流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.3A，
灯泡额定功率P=U₀I=3.8V×0.3A=1.14W；
（2）①由上面的分析，将接线柱1与电流表负接线柱连接，再将单刀双掷开关的轴与灯的左接线柱连接，如下图所示：

③由②可知，根据欧姆定律，R的电压U=I₁R，根据并联电路电压的规律，灯的电压也为U=I₁R；而开关S由位置1拔到位置2时（滑片位置不动），电路中三个元件的连接方式没有发生改变，各用电器的电压不变，所以通过电阻R的电流大小保持不变，根据并联电路电流的规律，此时通过灯的电流I=I₂-I₁；则灯泡电阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$．
③通过灯的电流随电压的增大而增大，根据P=UI，灯丝的温度升高，而灯丝的电阻会随温度升高而变大；当灯泡两端电压不等于其额定电压时，求出的电阻R_L就不等于其正常发光时电阻R_额，从而求出的功率$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$≠$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{额}}$就不是额定功率；
所以要想求灯泡额定功率，就必须让灯泡两端电压等于额定电压，即将开关S拔到位置1，移动滑片P，使电流表示数为I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$，此时电阻的电压为U₀，灯的电压为额定电压U₀，灯正常发光即可．
故答案为：（1）电阻；灯泡断路；1.14；
（2）①如上图所示；③$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$，灯丝的电阻随电压（温度）的增大而增大；移动滑片P，使电流表示数为I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$．

点评 本题测定小灯泡额定功率，考查实验原理、故障的分析、影响电阻大小的因素及对实验方案的评估能力并尝试提出改进实验方案的能力，综合性强，难度大，对能力要求高．