Question

15．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，已连接的部分电路如图a所示，图中电源电压恒定，小灯泡上只能看到“3.8V”字样．

（1）请你用笔画线代替导线，将图a中的实物电路连接完整．
（2）正确连接实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，其故障原因可能是：灯泡断路．
（3）故障排除后开始实验，当变阻器滑片滑到图示位置时，电压表的示数为3.0V，接着应将滑片向右滑动，直至灯泡两端电压为额定电压，此时电流表的示数如图b所示，则灯泡的额定功率为1.52W．
（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阻值为R₀的定值电阻（阻值适当）和一个单刀双掷开关（符号为：），借助原有的实验器材，顺利完成了实验．假如由你来做该实验，要求电路只连接一次，请设计实验方案．
①在虚线框内（图）画出实验电路图． 
②简述实验步骤：A．根据电路图，连接实物，将滑动变阻器的滑片P调至最大；B．开关S与1接线柱相连，调节滑动变阻器的滑片P，直至电压表的示数达到3.8V为止；C．滑动变阻器的滑片不动，开关S与2相连，读出电压表的示数U．（用相应的字母表示测出的物理量）
③写出灯泡额定功率的表达式P_额=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和测量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程，且并联在灯泡两端，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（2）电压表有示数说明电压表与电源之间是通路，灯泡不亮、电流表指针几乎不动说明电路断路，则电压表并联部分断路；
（3）根据电路图判断滑片的移动方向；由图示电流表读出其示数，然后由P=UI求出灯泡功率；
（4）实验器材中没有电流表，只有电压表和定值电阻，可根据串联电路的电流特点设计电路，即灯泡与定值电阻、滑动变阻器串联组成电路，利用电压表分别测出灯泡和定值电阻两端电压以及灯泡两端的电压，调节滑动变阻器使灯泡两端的电压达到额定电压，然后测出定值电阻和灯泡两端的电压，根据串联电路的电流的特点和欧姆定律求出电路中的电流即为灯泡的额定电流，利用P=UI表示出灯泡的额定功率

解答 解：（1）测灯泡功率实验，电压表并联在灯泡两端电压，因为灯泡的额定电压为3.8V，故电压表的量程为0-15V，电流表测通过灯泡的电流，滑动变阻器按以上一下接入，实物电路图如图所示：

（2）连接电路，闭合开关后，灯泡不亮，电压表有示数且接近电源电压，电流表指针几乎不动，说明电压表并联部分断路，可能是灯泡断路；
（3）电压表示数为3V小于灯泡额定电压，为测灯泡额定电压，由电路图可知，应向右移动滑片，使电压表示数等于灯泡额定电压3.8V；由电路图可知，电流表量程为0～0.6A，由图示电流表可知，其分度值为0.02A，示数为0.4A，灯泡额定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①实验需要测出灯泡两端电压与通过灯泡的电流，可以把灯泡与定值电阻串联，测出定值电阻两端电压，由欧姆定律求出通过定值电阻的电流，由于灯泡与定值电阻串联，可以求出通过灯泡的电流，然后由P=UI求出灯泡额定功率，实验电路图如图所示：

②实验步骤：a、根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V．
b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．
③通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡断路；（3）右；1.52；（4）①见上图；②A．根据电路图，连接实物，将滑动变阻器的滑片P调至最大；B．开关S与1接线柱相连，调节滑动变阻器的滑片P，直至电压表的示数达到3.8V为止；C．滑动变阻器的滑片不动，开关S与2相连，读出电压表的示数U；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验故障分析、实验操作、电表读数、求灯泡功率、实验设计等；对电表读数时要先确定其量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直；最后一问：实验设计是本题的难点，知道实验原理、应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题