Question

2．在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，燈泡上標(biāo)有“3.8V”字樣，電源電壓恒定．
（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖1中的實(shí)物電路連接完整．

（2）連接完實(shí)驗(yàn)電路后，開(kāi)關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，其故障原因可能是：燈泡處斷路．
（3）故障排除后，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，在移動(dòng)變阻器滑片的過(guò)程中，眼睛應(yīng)注視電壓表的示數(shù)，直至燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖2所示，則燈泡的額定功率為1.52 W．
（4）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小聰向老師要了一個(gè)已知阻值為Ro的電阻和一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖3所示的電路，也測(cè)出了燈泡的額定功率．請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①閉合開(kāi)關(guān)S_l，將S₂撥到觸點(diǎn)2（選填“1”或“2”），移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②再將開(kāi)關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)1（選填“1”或“2”），保持滑片的位置不動(dòng)，讀出電壓表的示數(shù)U；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，電流表、燈泡、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，連線時(shí)注意滑動(dòng)變阻器的接法，注意電表正負(fù)接線柱不要接反；
（2）電壓表有示數(shù)，說(shuō)明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路斷路，從而判斷出故障的可能原因．
（3）根據(jù)“燈泡兩端的電壓為額定電壓時(shí)，燈泡的功率為額定功率，燈泡正常發(fā)光”解決此題；根據(jù)實(shí)物圖可知電流表的量程，并讀出電流表的示數(shù)；利用P=UI計(jì)算燈泡的額定功率；
（4）當(dāng)燈泡兩端電壓等于額定電壓時(shí)，燈泡正常發(fā)光，因此先讓電壓表測(cè)量燈泡兩端電壓，使燈泡正常發(fā)光，然后測(cè)量出燈泡和定值電阻兩端的電壓，再結(jié)合串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流，最后根據(jù)P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）燈泡額定電壓是3.8V，電壓表選0～15V量程；電流表、燈泡、滑動(dòng)變阻器聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則接線；如圖所示：

（2）連好電路，開(kāi)關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明在電壓表兩接線柱之間的電路是斷路，因此故障為燈泡處斷路；
（3）測(cè)量燈泡額定功率時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，眼睛應(yīng)先注視電壓表的示數(shù)，當(dāng)小燈泡的電壓為額定電壓3.8V時(shí)，讀出電流表示數(shù)；
根據(jù)實(shí)物圖可知電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，故電流表示數(shù)為0.4A；所以燈泡的額定功率為P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）①閉合開(kāi)關(guān)S_l，將S₂撥到觸點(diǎn)2，移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②再將開(kāi)關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)1，保持滑片的位置不動(dòng)，讀出電壓表的示數(shù)U，由于串聯(lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和，所以燈泡正常發(fā)光時(shí)，定值電阻R₀兩端的電壓為U-3.8V，由歐姆定律可得，此時(shí)通過(guò)燈泡的電流：I=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$；
③燈泡額定功率的表達(dá)式：P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖；（2）燈泡處斷路；（3）電壓表；1.52；（4）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物電路的連接、故障分析、電流表讀數(shù)、額定功率的計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)等問(wèn)題；（4）有一定的難度，要根據(jù)測(cè)量小燈泡功率的原理以及串聯(lián)電路的特點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)步驟．