Question

5．如图1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）本实验的原理是：P=UI；
（2）请用笔画线代替导线，把图1中的电路元件连接成实验电路．（要求：滑片P向左移时灯变亮，且连线不得交叉）

（3）小刚合理地连接好电路，并按正确的顺序操作，闭合开关后灯不亮，聪明的小刚猜想：
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         D．可能是电流表开路
请你借助已连好电路中的电流表和电压表验证小刚的猜想，并将电流表、电压表相应示数填入下表．

猜  想	电流表示数/A	电压表示数/V
如果A成立
如果B成立

（4）排除故障后，在测量小灯泡的额定功率时，应先调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端电压为3.8V，再测出电路中的电流，即可计算出额定功率；若小灯泡两端实际电压为额定电压的1.2 倍，则实际功率为额定功率的1.44倍．（假设电阻值不变）
（5）实际测量过程中小刚才发现电压表0～15V量程已损坏（另一量程完好），但他仍想利用现有器材测出小灯泡的额定功率，请你帮小刚重新设计新的电路图并画在图2甲的方框内．
（6）小刚按重新设计的电路图继续实验，调节滑动变阻器滑片，使电压表示数为2.2V时，小灯泡正常发光，此时电流表示数如图2乙所示，则小灯泡的额定功率是1.52W．
（7）实验时，若发现电流表指针摆动分别出现了如图3甲、乙所示的两种情况．请分析在使用电流表时分别存在什么问题，并写在下面的横线上．
甲现象存在的问题：电流表正负接线柱接反了；
乙现象存在的问题：电流表所选量程过大．

Answer 1

分析 （1）伏安法测电功率的原理是P=UI；
（2）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程且与灯泡并联，根据欧姆定律求出灯泡额定电流的大约值确定电流表的量程且与灯泡串联，滑片P向左移时灯变亮说明左下方接线柱与任意上方接线柱串联在电路中，然后与电源、开关组成电路；
（3）根据电流表、电压表有无读数来判断电路错误时，要考虑电流表、电压表的连接方式和自身特点，电流表无示数说明电路断路，电压表有示数且接近电源电压，说明和电压表并联的用电器断路；
（4）额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，实验时要先调节滑动变阻器使灯泡两端的电压达到额定电压，然后再读出通过灯泡的电流；根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得出小灯泡两端实际电压为额定电压的1.2倍时，实际功率为额定功率的多少倍；
（5）可根据串联电路电压特点计算滑动变阻器两端的电压，若变阻器两端的电压小于3V量程，可设计电压表与变阻器并联的电路来完成灯泡额定功率的测量；
（6）根据第五小题设计的电路图可知灯泡两端电压为3.8V时滑动变阻器两端的电压，根据电流表的量程和分度值读出示数，利用P=UI求出灯泡的额定功率；
（7）甲图电流表指针反转，根据电流表出现这一现象的原因来解题；乙图电流表指针偏转角度太小，这样读数误差较大，可以根据出现这种情况的原因来解题．

解答 解：（1）根据电功率计算公式和电路元件可知该实验原理为：P=UI；
（2）灯泡的额定电压为3.8V，则与灯泡并联电压表的量程为0～15V；
灯泡的额定电流约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，则与灯泡串联电流表的量程为0～0.6A；
滑动变阻器的左下方接线柱与任意上方接线柱串联在电路中，然后与电源、开关组成电路；
如下图所示：

（3）如果A成立，电路为断路，则电流为0，而电压表和灯泡并联，电压表的读数接近电源电压；
如果B成立，电路也是断路，电流为0，电流表示数为0，而电压表是和灯泡并联，电流在滑阻处断路，电流流不到电压表，故电压表示数也为0，故表格如下：

猜  想	电流表示数/A	电压表示数/V
如果A成立	0	6
如果B成立	0	0

（4）在测量小灯泡的额定功率时，应先调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端电压为3.8V，再测出电路中的电流，利用P=UI求出额定功率；若小灯泡两端实际电压为额定电压的1.2倍，电阻值不变时，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，实际功率为额定功率的1.44倍；
（5）由串联电路中总电压等于各分电压之和可知，灯泡在额定电压下工作时变阻器两端的电压6V-3.8V=2.2V，没有超过电压表3V的量程，所以可设计电压表与滑动变阻器并联的电路来完成灯泡额定功率的测量，如下图所示：

（6）滑动变阻器两端的电压为2.2V时，灯泡两端的电压为额定电压3.8V，
电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.4A，
则灯泡的额定功率：P_L=U_LI_L=3.8V×0.4A=1.52W；
（7）甲的问题：电流表指针反转，所以电流表正负接线柱接反；
乙的问题：电流表指针偏转角度太小，所以电流表所选量程过大．
故答案为：
（1）P=UI；
（2）实物图的连接如上图所示；
（3）如上表所示；
（4）滑动变阻器的滑片；3.8；电流；1.44；
（5）电路图如上图所示；
（6）2.2；1.52；
（7）电流表正负接线柱接反了；电流表所选量程过大．

点评 本题考查了多个知识，实物图的连接、电路错误的判断等，要利用所学知识认真分析，总结方法．