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，滑动变阻器两只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω  0.5A）．同学们设计的电路如图所示，但不知电压表的另一接线柱是接在电流表的哪一侧

（1）请你设计一种方案补充电路图并完成实物图．
（2）滑动变阻器应选用______（选填“R₁”、“R₂”）；
（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）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==1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老师认为该小组数据处理过程有误，你认为正确测量结果P_额=______W．
（5）老师告诉小星，电流表和电压表是有电阻的，假设没有两只电表，小灯泡在0.3A时发光，现在按你设计的图形将电流值也调到0.3A，测得电功率是偏大还是偏小呢？______．原因是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）滑动变阻器、电流表串联在电路中，电压表并联在电路中，故该题有两种接法，即电压表并联在灯泡两端，或电压表并联在灯泡和电流表的两端均可，在实物图中应特别注意正负接线柱及电压表及电流表量程的选择．
（2）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=UI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．
（3）①灯泡较暗、两表的示数均较小，说明电路电阻太大；移动滑动变阻器滑片，现象不变说明滑动变阻器不能改变电路电阻，即滑动变阻器全部接入电路．
②灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数说明电路断路；取下灯泡，两表的示数不变说明灯泡断路．
（4）额定功率是额定电压下的实际功率，求不同状态下功率的平均值作为额定功率是错误的，由表找出额定电压对应的功率，即为额定功率．
（5）由于电阻串联有分压作用，电阻并联有分流作用，且电流表也有电阻，故从电流表有电阻的角度结合上述知识分析即可解决．
解答：解：（1）这里有两种接法，如下图，在连接时应注意电路图和实物图的对应，且由于灯泡的额定电压是3.8V，故电压表选用大量程，同理据灯泡的电阻约为10Ω可知，此时灯泡正常工作时的电流约为I===0.38A，故电流表应选小量程；

（2）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，所以滑动变阻器应选R₂（10Ω  0.5A）．
（3））①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，故障原因是：滑动变阻器同时接到下面两个接线柱．②灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数，取下灯泡，两表的示数不变故障原因是：灯泡断路．
（4）额定功率是额定电压下的实际功率，求不同状态下功率的平均值作为额定功率是错误的．由表知灯泡的额定电压U=3.8V，对应的额定功率为P=1.52W．
（5）现在按你设计的图形将电流值也调到0.3A时，测得电功率是不准确的，即图（1）中偏小．因为电流表测出的0.3A电流一部分经过电压表流走，通过灯泡电流比不接电表时小；图（2）中偏大．因为电流是准确的，但所测电压是电流表和灯泡的总电压，比灯泡两端电压大．
故答案为：（1）见上图；（2）R₂；（3）错接在两个下方接线柱上；小灯泡开路； （4）1.52；
（5）图（1）中偏小（或图（2）中偏大）；因为电流表测出的0.3A电流一部分经过电压表流走，通过灯泡电流比不接电表时小（因为电流是准确的，但所测电压是电流表和灯泡的总电压，比灯泡两端电压大．
点评：解决本题的关键：一是电压表、滑动变阻器的正确使用，二是欧姆定律的灵活运用，三是电路故障的判断，四知道额定电压下的功率为额定功率．