Question

20．在测量“小灯泡的电功率”的实验中，小灯泡的额定电流为0.3A，灯丝阻值在10～15Ω之间，所提供的器材有：电流表、电压表、电源（电压恒为6V）、开关各一个，滑动变阻器（“5Ω2A”、“20Ω1A”各一个），导线若干．
（1）图甲是小明没有连接完的实物电路，请你用笔画线代替导线将实物图补充完整．

（2）小明选用的滑动变阻器的规格为20Ω1A．
（3）闭合开关，移动滑片，当电流表的示数为0.3A时，电压表的示数如图乙所示．读数为4V，小灯泡的额定功率为1.2W．
（4）小红没用电压表，但多用了一个开关，其他器材与小明的相同，也测出了小灯泡的额定功率．请在图丙虚线框内画出她设计的电路图，并写出实验步骤及测定额定功率的表达式．
实验步骤：①按电路图2连接实物电路图；
②闭合开关S₁、断开S₂，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.3A；
③滑片位置不动，闭合开关S₁、S₂，读出电流表示数I；
④求灯泡额定功率．．
表达式：P_额=（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W．
（5）另一组的小华刚连接完最后一根导线，立即看到灯泡发出明亮的光．在一旁的小张一惊，提醒小华，小华想，我的实验连线没有出问题啊！请你说出小华在实验中两个操作不当之处：①连接电路时，开关没有断开，②滑动变阻器滑片没有置于阻值最大处．
（6）某同学在连接电路后，闭合开关，移动滑动变阻器滑片P过程中发现，灯泡变亮时，电压表示数反而减小，灯泡变暗时，电压表示数反而增大，经检查所有器材均完好，你认为原因可能是电压表测滑动变阻器两端的电压了．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，电压表连线不完整，根据题意确定电压表量程，电压表应与灯泡并联．
（2）求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，根据该阻值选择滑动变阻器的规格．
（3）由图乙确定电压表量程与分度值，读出电压表示数，然后由电功率公式P=UI求出灯泡的功率．
（4）灯泡与滑动变阻器串联，用电流表测流过电路的电流，由串联电路特点及欧姆定律求出流过灯泡电流为灯泡额定电流时，灯泡两端电压，然后由P=UI求出灯泡额定功率．
（5）连完最后一根导线，灯立即发光，说明开关是闭合的；发出明亮的光，说明电路中的电流较大，电阻较小，据此可分析原因．
（6）测灯泡额定功率实验中，灯泡与滑动变阻器串联；灯泡两端电压越大，灯泡实际功率越大，灯泡越亮，滑动变阻器两端电压越小；灯泡两端电压越小，灯泡实际功率越小，灯泡越暗，滑动变阻器两端电压越大；根据题意与串联电路特点分析答题．

解答 解：（1）根据U=IR=0.3A×15Ω=4.5V，电压表量程是0～15V，电压表与灯泡并联，电路图如图所示．

（2）电路电流为灯泡额定电流0.3A时，由U=IR可知，灯泡两端电压约为3V～4.5V，
此时，滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_灯，滑动变阻器两端电压约为1.5V～3V，
由R=$\frac{U}{I}$可知，此时滑动变阻器接入电路的阻值约为5Ω～10Ω，则滑动变阻器应选择“20Ω  1A”；
（3）由图乙知，电压表量程是0～15V，分度值是0.5V，电压表示数是4V，
灯泡额定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（4）电路图如图2所示；
实验步骤：①按电路图2连接实物电路图；
②闭合开关S₁、断开S₂，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.3A；
③滑片位置不动，闭合开关S₁、S₂，读出电流表示数I；
④求灯泡额定功率．
灯泡额定功率：
1、滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$；
2、滑动变阻器两端的电压U_滑=0.3A×R_滑=0.3A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{1.8W}{I}$；
3、灯泡两端电压U_灯=U-U_滑=6V-$\frac{1.8W}{I}$；
4、灯泡额定功率P=I_灯U_灯=0.3A×（6V-$\frac{1.8W}{I}$）=（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W；
（5）连完最后一根导线，灯泡立即发出明亮的光，说明开关已闭合，且电路中电阻较小，原因为：①连接电路时，开关没有断开；②滑动变阻器滑片没有置于阻值最大处；
（6）灯泡与滑动变阻器串联，灯泡两端电压越大，灯泡实际功率越大，灯泡越亮，此时滑动变阻器两端电压越小，
移动滑动变阻器滑片P过程中发现，灯泡变亮，灯泡两端电压变大，滑动变阻器两端电压减小，电压表示数减小，
这说明电压表接在滑动变阻器两端，测滑动变阻器两端电压．
故答案为：（1）实物电路图如图甲所示；（2）“20Ω 1A”；（3）4；1.2；（4）实验电路图如图2所示：①按电路图2连接实物电路图；
②闭合开关S₁、断开S₂，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.3A；
③滑片位置不动，闭合开关S₁、S₂，读出电流表示数I；
④求灯泡额定功率．（1.8-$\frac{0.54A}{I}$）W
（5）①连接电路时开关没有断开；②滑动变阻器的阻值没有调到最大处；（6）电压表测滑动变阻器两端的电压了．

点评 本题考查了连接电路图、实验器材的选择、电压表读数、求灯泡功率、实验电路图及实验步骤的设计等问题，低（4）问设计实验电路、实验步骤难度较大，是本题的难点．