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l0Ω．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）、开关各一只，导线若干，滑动变阻器三只：R₁（ 5Ω 0.5A）、R₂（ l0Ω　0.5A）、R₃（500Ω　5A）．同学们设计的电路如图所示：
（1）如图所示小明没有连接完的实物电路，请你用笔画线代替导线，帮小明将实物电路连接完整．
（2）你认为小明接入电路的滑动变阻器应该为______（R₁/R₂/R₃）．闭合开关前必须将变阻器的滑片移动到______端．
（3）实验电路接好后，合上开关后，某同学发现电路出现故障：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，故障的可能原因：______．
（4）下表为某小组的实验记录分析表：

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=
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

你认为该小组数据处理过程______（填正确/错误），正确测量结果P_额=______W．

Answer 1

解：（1）由实物电路可知，电流从电源正极流出，经开关后，与滑动变阻器之间没有连接，电压表只将负接线柱连接，而正接线柱没有连接；对于滑动变阻器已经连接了下面的一个接线柱，则应连接上面的一个接线柱，而电压表因被测小灯泡的额定电压为3.8V，应将标有“15”的正接线柱并联接在灯泡的右端，如图：
（2）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，“500Ω 5A”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．
闭合开关前，因滑动变阻器接入电路是滑片左边的电阻，所以为了使滑动变阻器的阻值处于最大值，必须将变阻器的滑片移动到右端．
故答案为：R₂，右．
（3）灯泡不亮，电流表无示数，电路处于开路，电压表示数较大，说明在测量电源电压，表明电压表的正负接线柱与电源相连通，把灯泡取下，两表的示数不变，所以灯泡断路（灯泡、灯座位置发生开路故障）．
故答案为：灯泡断路（只要学生能答出灯泡、灯座位置发生断路故障）．
（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：错误，1.52．
分析：（1）“测定小灯泡额定功率”的实验时，先设计一下电路图，明确中各元件的连接要求，即将开关、滑动变阻器、被测小灯泡、电流表串联接在电源上，然后将电压表与灯泡并联，注意滑动变阻器要按照“一上一下”的原则连接．
（2）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．因灯泡与滑动变阻器串联在电压为6V的电源上，所以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．
（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；电压表有示数且较大，表明有通路的部分，然后根据取下灯泡，两表示数不变，可以确定故障原因．
（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．
点评：补全实物连接图时，主要考虑电压表、电流表、滑动变阻器连接情况：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．