Question

5．如图所示，是测量小灯泡电功率的实物元件图，其中电源是由三只蓄电池组成，小灯泡额定电压是3.8V，其灯丝电阻约为10Ω，滑动变阻器标有“10Ω，1A”字样，电流表（0～0.6A，0～3A），电压表（0～3V，0～15V）．
（1）请用笔画线代替导线，把右图中的电路元件连接成实验电路．
（2）合理地连接好电路，并按正确的顺序操作，闭合开关后灯不亮，猜想：
A．可能灯丝断了
B．可能是变阻器开路
C．可能是小灯泡短路
请你借助电路中的电流表和电压表验证小刚的猜想，并填入如表．

电流表示数/A	电压表示数/V	原因
0	6	猜想A成立
0	0	猜想B成立

（3）排除故障后，继续实验，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，记下各组对应的电压表和电流表的示数，并绘制如图所示的I-U图象，根据图象可知小灯泡的额定功率是1.33W．
（4）实验时某小组学生发现电流表损坏，他们想设计一个不用电流表测定该小灯泡额定功率的实验，于是向老师要了一个R₀的定值电阻（阻值适当），和一个单刀双掷开关，借助原有的实验器材，设计如图实验方案，正确连接电路后，接下来的实验步骤是：
①闭合开关S₁，将S₂拨到触点1（选填“1”或“2”），移动滑片，使电压表的示数为3.8V；
②再将S₂拨到另一触点，保持滑片的位置不变，读出电压表的示数U．
写出灯泡额定功率的表达式P_额=$\frac{（U-3.8V）3.8V}{{R}_{0}}$ （用已知量和测量量表示）

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定值可明确电路原理，选择合理的接法；
（2）分别对三种现象进行分析，明确所对应的猜想；
（3）根据图线可找出额定电压和电流，则可求得功率；
（4）由P=UI原理可知，需要求得待测电阻两端的电压及通过待测电阻的电流；没有电流表时，可以利用串联电路的电流规律得出通过待测电阻的电流；由此设计电路和实验步骤．

解答 解：
（1）灯泡的额定电压为3.8V，所以电压表的量程为0～15V，且与灯泡并联；
根据欧姆定律可得，灯泡的额定电流大约为I′=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，所以电流表的量程为0～0.6A，且与灯泡串联；
由于滑动变阻器阻值接近灯泡电阻；故滑动变阻器采用限流接法；故按一上一下的原则串联在电路中，然后与电源、开关组成电路，如下图所示：

（2）A、灯丝断了，电路断路，电流表无示数，电压表串联在电路中，电压表测量电源电压，电压表示数等于电源电压，为6V，符合第一种现象；
B、变阻器开路，电路断路，电路无电流，电流表示数为0，灯泡中无电流，灯泡两端无电压，电压表示数为0，与第二种现象相符；
C、小灯泡短路，电路电阻减小，电路电流增大，电流表示数增大，电压表测导线电压，示数为0，与题目所示现象不符；
（3）由图可知，当电压为3.8V时，电流为0.35A，故功率P=UI=3.8×0.35=1.33W；
（4）由给出的电路图可知，电压表并联在灯泡两端，故应先使灯泡两端的电压为3.8V，故先将开关接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V；
然后再将开关接2，读数为U，则可知定值电阻两端电压为U-3.8V；则由闭合电路欧姆定律可知：电流I=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$； 则功率P=UI=$\frac{（U-3.8V）3.8V}{{R}_{0}}$；
故答案为：（1）实物电路图的连接如上图所示；（2）A；B；（3）1.33；（4）1；3.8；$\frac{（U-3.8V）3.8V}{{R}_{0}}$；

点评 本题考查测量灯泡伏安特性曲线实验的原理和方法，要注意正确分析电路结构，并注意图象的性质，能从图象中找出额定电压和电流，正确应用图象分析．