Question

某班同学到实验室做“测定小灯泡额定功率”的实验．被测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω．实验室有如下器材：电源（电压约为6V左右）、电流表（0～0.6A　0～3A）、电压表（0～3V　0～15V）、开关各一只，导线若干，滑动变阻器两只：R₁（5Ω　0.5A）、R₂（10Ω　0.5A）．
（1）请你说出在这个实验中，滑动变阻器所起作用是：________．本实验中电压表应选用________挡，滑动变阻器应选用________．（R₁/R₂）
（2）实验电路接好后，合上开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下列的情况，请根据现象指出故障的可能原因：

①连接好电路，闭合开关后，看到电压表指针如图偏转：________．
②灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数．取下灯泡，两表的示数不变：________．
（3）排除故障后，调节滑动变阻器，发现电压表的0～15V量程已坏，为了测小灯泡的额定功率，姚远小组只在原方案上作了适当改动便测出该灯的额定功率，试在右边方框内画出改动后的电路图并简要说明如何测量？
________．

Answer 1

解：（1）伏安法测灯泡额定功率时，滑动变阻器的主要作用是移动滑动变阻器的滑片，使灯泡在额定电压下工作．
灯泡的额定电压为3.8V，电压表选择0～15V量程．
灯泡正常工作时，电路电流约为，I===0.38A，
滑动变阻器两端电压为：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑动变阻器电阻为：R′==≈5.8Ω．
“5Ω 0.5A”滑动变阻器的电阻太小，不能满足实验需要．
所以选择“10Ω 0.5A”的滑动变阻器．
（2）①电压表的指针偏转到最大值的右侧，所接的电压表选择的是0～3V量程．
②灯泡不亮，电流表无示数，电路断路，电压表示数较大，把灯泡取下，两表的示数不变，所以灯泡断路．
（3）电源电压为6V，灯泡和滑动变阻器串联在电路中，灯泡正常工作时的电压为3.8V，则滑动变阻器的电压为6V-3.8V=2.2V＜3V，所以用电压表0～3V量程时，并联在滑动变阻器两端，当滑动变阻器的电压为2.2V时，灯泡正常工作．电路图如图．
即测量过程为：调节滑动变阻器，使电压表的示数为2.2V，灯泡正常工作；测出此时电路中的电流，根据P=UI即可求出额定功率．
故答案为：（1）调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压为额定电压；0～15V；R₂；
（2）①所接的电压表的量程为0～3V或者滑动变阻器阻值没有调节到最大就闭合开关；灯泡断路；
（3）改动的电路图如上图；调节滑动变阻器，使电压表的示数为2.2V，灯泡正常工作；测出此时电路中的电流，根据P=UI即可求出额定功率．
分析：（1）伏安法测功率的实验中，滑动变阻器有两个作用：一是保护电路．二是改变灯泡两端的电压，使灯泡两端电压为额定电压，这个作用是很重要的．由灯泡的额定电压确定电压表的量程．灯泡与滑动变阻器串联在约为6V的电源上，灯泡正常工作时，求得滑动变阻器电压，求得灯泡正常工作时的电流，即滑动变阻器电流，根据R=计算需要的滑动变阻器的最小电阻．滑动变阻器最大电阻稍大于电路中需要的电阻．滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路中的最大电流．
（2）电压表阻值偏到最大刻度右侧，说明选择量程太小；灯泡不亮可能是灯泡短路或灯泡断路或灯泡以外的电路断路；取下灯泡，两表示数不变，可以确定故障原因．
（3）根据串联电路电压特点，当灯泡正常工作时，求出滑动变阻器电压小于3V，测滑动变阻器电压，间接得到灯泡的额定电压．
点评：解决本题的关键：一是电压表、滑动变阻器的正确使用，二是串联电路电压特点的灵活运用，三是电路故障的判断．