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：

调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端的电压为额定电压

．
本实验中电压表应选用

0～15V

挡，滑动变阻器应选用

R₂

．（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，看到电压表指针如上图偏转：

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

．
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：

灯泡断路

．
（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，姚远小组设计了另一种实验方案．（电阻R的阻值已知，电源电压未知）
①电路如图所示，连接好电路；

②开关S拔到位置1，移动滑片P至任一位置，读出电流表示数I₁；
③开关S拔到位置2，滑片位置不动，读出电流表示数I₂．
先算出灯泡的电阻和R两端电压，再根据P₀=

U02

RL

，计算灯泡的额定功率．他们按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，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

开关S拔到位置1，移动滑片P直到电流表示数为

3.8V

R

时为止

．

Answer 1

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=

U

I

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）电压表阻值摆到最大刻度右侧，说明选择量程太小．
（3）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．
（4）测灯泡的额定功率，一定要使灯泡在额定电压下工作，利用P=

(3.8V)2

R

计算灯泡的额定功率．
灯泡在不同电压下，灯丝温度不同，电阻大小不同，计算额定功率必须用3.8V时的电阻，用其它电压下的电阻会出现较大的误差．

解答：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=

UL

RL

=

3.8V

10Ω

=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′=

U′

I

=

2.2V

0.38A

=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）开关S拨到位置1，移动滑片P至任一位置，测出电流I₁，
开关S拨到位置2，滑片位置不变，测出电流I₂．
这种情况测出的灯泡的电阻与灯泡在3.8V时的电阻不同，
利用P=

(3.8V)2

R

计算额定功率是有较大的误差．
实验应该改为，开关S拨到位置1，移动滑片P直到电流表的示数为

3.8V

R

时为止．
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）所接的电压表量程为0～3V；灯泡断路；（3）开关S拔到位置1，移动滑片P直到电流表示数为

3.8V

R

时为止．

点评：本题主要考查了三个知识点：
（1）滑动变阻器规格的选择：选择滑动变阻器同时考虑电阻和电流，滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路的最大电流，滑动变阻器的电阻稍大于电路中需要的滑动变阻器的电阻．
（2）灯泡不亮可能是灯泡断路或灯泡以外的地方断路或灯泡短路，灯泡断路时，电路断路，电路中没有电流，电流表无示数，电压表串联在电路中，电压表测量电源电压；
灯泡短路时，电路总电阻减小，电路电流增大，电流表示数增大，电压表测量导线电压，示数为0．
灯泡以外的地方断路，整个电路都处于断开状态，灯泡不亮，电压表和电流表都没有示数．
（3）通过实验误差分析，考查了灯丝不同温度下电阻大小不同．