Question

5．在“測(cè)量小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，提供的器材有：“3.8V？A”的小燈泡、“10Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器、四節(jié)新干電池．

（l）連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開；如圖甲所示的實(shí)物連接中，連接不妥之處為電壓表量程選擇錯(cuò)誤；電流表的正負(fù)接線柱接反了．
（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，兩電表均無示數(shù)．為了查找故障，小明將電壓表拆下，在開關(guān)閉合狀態(tài)下，分別將電壓表接在電源、滑動(dòng)變阻器及開關(guān)兩端，結(jié)果只有接在滑動(dòng)變阻器兩端時(shí)，電壓表無示數(shù)，則肯定出現(xiàn)故障的元件是開關(guān)發(fā)生了斷路．
（3）排除故障后開始實(shí)驗(yàn)，在移動(dòng)滑片P的過程中，眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)；當(dāng)滑片P移到某一位置時(shí)，電壓表示數(shù)如圖乙所示，為測(cè)量燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向右（填“左”或“右”）移動(dòng)，直至電壓表的示數(shù)為3.8V，此時(shí)電流表示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是1.14W．
（4）若實(shí)驗(yàn)器材中電壓表0～15V量程被損壞，利用如圖器材怎樣測(cè)定燈泡的額定功率？簡(jiǎn)要步驟：把電壓表并聯(lián)在變阻器兩端，移動(dòng)滑片直至電壓表示數(shù)等于2.2V，讀出電流表示數(shù)．
（5）若用該電路測(cè)量規(guī)格是“2.5V 0.3A”燈泡的額定功率，須對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，寫出你認(rèn)為可行的一個(gè)方法．方法：換最大阻值較大的滑動(dòng)變阻器（或串聯(lián)定值電阻）或減少電池個(gè)數(shù)．

Answer 1

分析 （1）連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開；根據(jù)電流表和電壓表的量程和正負(fù)接線柱的接法分析；
（2）電流表在干路上，無示數(shù)，說明電路故障為斷路；如果電壓有示數(shù)，說明與電壓表串聯(lián)的元件是完好的；如果無示數(shù)，說明與電壓表串聯(lián)的元件有斷路，或與電壓表并聯(lián)的元件短路或電路中無電源，據(jù)此判斷故障所在；
（3）根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表的量程讀數(shù)，比較實(shí)際電壓和額定電壓的大小，根據(jù)分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；認(rèn)清電流表的分度值讀數(shù)，由P_額=U_額I計(jì)算燈的額定功率；
（4）電源電壓為6V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)，當(dāng)燈泡電壓為3.8V，滑動(dòng)變阻器的電壓為2.2V＜3V，可以利用0～3V量程測(cè)量滑動(dòng)變阻器的電壓；按此分析將電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)即可．
（5）①計(jì)算燈正常工作時(shí)的電阻，電源電壓為4×1.5V=6V，求出滑動(dòng)變阻器分得的電壓，由分壓原理求出變阻的最小電阻；②減小電源電壓來達(dá)到目的．

解答 解：（1）為保護(hù)電路元件，連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開；由圖可知，電源電壓為4節(jié)干電池，電源電壓為6V，故電壓表量程為0-15V；電流應(yīng)從電流表正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出；
（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，兩電表均無示數(shù)，則此電路為斷路；在開關(guān)閉合狀態(tài)下，將電壓表接在電源兩端時(shí)，電壓表有示數(shù)，說明電源、電壓表是完好的；電壓表接在開關(guān)兩端時(shí)有示數(shù)，說明開關(guān)以外的電路是通路，而開關(guān)是斷開的，所以，肯定出現(xiàn)故障的元件是開關(guān)（電壓表接在滑動(dòng)變阻器兩端，因無電源，沒有示數(shù)）；
（3）燈的額定電壓為3.8V＞3V，電壓表選用大量程，分度值為0.5V，示數(shù)為3V，所以，為使燈正常發(fā)光，應(yīng)增加燈的電壓，減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路中的電阻減小，滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)；電流表小量程的分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，小燈泡的額定功率P_額=U_額I=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）步驟：①燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中；②把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器的兩端；③滑動(dòng)變阻器的滑片，使滑動(dòng)變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V；④讀出電流表示數(shù)．
（5）方法一：燈正常工作時(shí)的電阻R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω，滑動(dòng)變阻器要分去的電壓U_滑=6V-2.5V=3.5V的電壓，燈才能正常工作，根據(jù)分壓原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L}}$，滑動(dòng)變阻器的電阻至少為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5V}{2.5V}$×8.3Ω≈11.62Ω，所以，可換最大阻值較大的滑動(dòng)變阻器（或串聯(lián)定值電阻）；
方法二：由上面的計(jì)算可知，“10Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器最大阻值連入電路時(shí)，燈的電壓仍高于2.5V，所以，也可以采用減小電池個(gè)數(shù)的方法來減小電源電壓達(dá)到使燈正常發(fā)光的目的．
故答案為：（1）斷開；電壓表量程選擇錯(cuò)誤；電流表的正負(fù)接線柱接反了；（2）開關(guān)發(fā)生了斷路；（3）電壓表；右；1.14；（4）把電壓表并聯(lián)在變阻器兩端，移動(dòng)滑片直至電壓表示數(shù)等于2.2V，讀出電流表示數(shù)；（5）換最大阻值較大的滑動(dòng)變阻器（或串聯(lián)定值電阻）或減少電池個(gè)數(shù)．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量燈的電功率，考查電路的連接、故障的查找、及實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)定等，綜合性較強(qiáng)．