Question

2．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（电压为6V）、电流表（0～0.6A  0～3A）、电压表（0～3V  0～15V）、开关各一个，导线若干，滑动变阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω  1A）．同学们设计的电路如图所示：

（1）电压表应选用0～15V挡，滑动变阻器应选用R₂（选填“R₁”、“R₂”、“R₃”）
（2）图1是小明画出的实验电路图，请你根据电路图用笔画线代替导线，帮他将图2中未完成的电路连接好，要求：导线不能交叉．
（3）实验电路接好后，合上开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下表所列的两种
情况，请根据现象和检测结果指出故障的可能原因：

故障现象	检测	故障原因
灯泡较暗、两表的示数均较小	移动滑动变阻器滑片，现象不变
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

（4）如表为某小组的实验记录分析表：老师认为该小组数据处理过程有误，你认为错误之处是把功率的三个测量值的平均值当做额定功率，正确测量结果P_额=1.52W．

实验序号	电压表示数/V	电流表示数/A	功率/W	额定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P额=$\frac{1.08+1.52+1.89}{3}$=1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程；根据灯泡正常工作时，滑动变阻器的电压和灯泡正常工作时的电流计算需要的滑动变阻器的最小电阻．按照滑动变阻器最大电阻稍大于电路中需要的电阻，同时滑动变阻器允许通过的最大电流应大于电路中的最大电流的原则选择．
（2）由图1知，灯泡、电流表、滑动变阻器串联接入电路，电压表并联在灯泡两端，根据灯泡的额定电压确定电压表量程，根据灯泡正常发光时的电流确定电流表的量程，连接电路时，注意电表正负接线柱不要接反，注意滑动变阻器的接法．
（3）灯泡较暗，电路电流较小，电路电阻较大，移动滑片，灯泡亮度、电压表和电流表的示数都不变，滑动变阻器不能改变电路电阻，并且电路电阻很大，可以判断故障原因．
灯泡不亮，电流表无示数，电路断路，电压表示数较大，电压表与电源接通，取下灯泡，电压表和电流表的示数不变，可断定灯泡断路．
（4）由于灯泡的实际功率不是定值，所以不能求平均值；当灯泡在额定电压下，灯泡正常工作时的实际功率等于灯泡的额定功率．

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=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=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′=$\frac{{U}^{′}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑动变阻器的电阻太小，“500Ω 1A”滑动变阻器的电阻太大，不能满足实验需要．
所以选择“10Ω  0.5A”的滑动变阻器．
（2）灯泡额定电压是3.8V，电压表选择0～15V量程，灯泡正常发光时，电路电流约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，电流表选0～0.6A量程，灯泡、电流表、滑动变阻器串联接入电路，电压表并联在灯泡两端，电路图如图所示：

（3）灯泡较暗，两表示数较小，电源电压不变电路电阻较大，移动滑片，现象都不改变，所以滑动变阻器同时接到下面两个接线柱．
灯泡不亮，电流表无示数，电流断路，电压表有较大示数，取下灯泡，两表示数不变，可以断定灯泡断路．
（4）由于灯泡的实际功率不是定值，所以不能通过求平均值的方法来求功率；该小组数据处理过程是错误的；
额定功率等于灯泡正常工作时的实际功率，即实际电压为3.8V时的实际功率1.52W．
故答案为：（1）0～15V；R₂；（2）电路连接如上图所示：（3）

故障现象	检测	故障原因
灯泡较暗、两表的示数均较小	移动滑动变阻器滑片，现象不变	滑动变阻器同时接到下面两个接线柱．
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

（4）把功率的三个测量值的平均值当做额定功率；1.52．

点评 电压表量程根据灯泡的额定电压或电源电压最小值来确定，电压表并联在灯泡的两端．注意滑动变阻器有4个接线柱，选择一上一下接线柱接入电路，使滑动变阻器串联在电路中．
电路故障的判断时，注意电压表示数较大表明电路中的通路部分是哪些．