Question

6．小明利用如圖所給的實(shí)驗(yàn)器材“測(cè)量小燈泡的額定功率”，已知電源電壓恒為6V，小燈泡正常工作時(shí)的電壓為3.8V，電阻約為12Ω，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“20Ω 2A”．

（1）請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，完成圖1實(shí)物電路的連接．
（2）正確連接電路后，用開(kāi)關(guān)試觸，燈泡不亮，電壓表瞬間滿(mǎn)偏，電流表指針幾乎不動(dòng)，電路的故障是滑動(dòng)變阻器斷路．（電路只有一處故障）
（3）排除故障后，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片，當(dāng)電壓表的指針在某電壓值時(shí)，（請(qǐng)?jiān)趫D2中標(biāo)出相應(yīng)的電壓值），小燈泡正常發(fā)光，電流表的示數(shù)如圖3所示，小燈泡的額定功率是1.14W．
（4）測(cè)量完燈泡的額定功率后，小明有測(cè)量了幾組數(shù)據(jù)，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)燈絲電阻隨其兩端電壓的增大而增大，原因是燈絲電阻隨溫度升高而增大．
【評(píng)估】小紅也利用上述器材對(duì)該小燈泡的額定功率進(jìn)行了測(cè)量，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖4所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，兩人對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了交流與評(píng)估．
①小紅的實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大，理由是電壓表應(yīng)選擇0-15V量程，量程過(guò)大，所以電壓的測(cè)量不夠精確．
②小明的實(shí)驗(yàn)更不容易操作，理由是電源電壓6V，操作中電壓表先使用0-15V量程，調(diào)節(jié)變阻器后再使用0-3V量程，操作比較麻煩．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)中電流表應(yīng)與燈泡串聯(lián)，根據(jù)燈泡正常工作電流選擇電流表量程；
（2）電路短路時(shí)，電路中仍有電流，用電器能工作．電路斷路時(shí)，電路中無(wú)電流，用電器不工作．根據(jù)電流表、電壓表在電路中的不同特征來(lái)判斷；
（3）讀出燈泡正常發(fā)光時(shí)電流表示數(shù)，由P=UI計(jì)算小燈泡的額定功率；
（4）影響導(dǎo)體電阻的因素有材料、長(zhǎng)度、橫截面積，另外還與溫度有關(guān)，大部分金屬導(dǎo)體，電阻值隨溫度的升高而增大；
【評(píng)估】由電源電壓和燈泡額定電壓，從兩人實(shí)驗(yàn)中電壓表量程上分析解答．

解答 解：
（1）測(cè)量小燈泡的額定功率實(shí)驗(yàn)中，電流表應(yīng)與燈泡串聯(lián)，由歐姆定律可知燈泡正常發(fā)光的電流約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{12Ω}$≈0.32A，由此完成電路連接如圖所示：
；
（2）正確連接電路后，用開(kāi)關(guān)試觸，燈泡不亮，電流表指針幾乎不動(dòng)，說(shuō)明電路可能有斷路，電壓表瞬間滿(mǎn)偏，說(shuō)明電壓表到電源間是通路，所以電路的故障是與電壓表并聯(lián)的滑動(dòng)變阻器斷路了；
（3）小燈泡正常發(fā)光，電壓表測(cè)得是滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，示數(shù)為6V-3.8V=2.2V，電壓表使用0-3V量程，分度值0.1V，由此在圖2中標(biāo)出電壓表指針的位置如圖所示：
；
根據(jù)圖3，電流表的量程為0～0.6A，其分度值為0.02A，所以燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流為0.3A，則燈泡的額定功率：
P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）隨著電壓的變大，通過(guò)燈絲的電流變大，燈絲產(chǎn)生的熱量變大，燈絲的溫度升高，燈絲的電阻值變大，即燈絲電阻隨溫度升高而增大；【評(píng)估】
由題知，電源電壓恒為6V，而小燈泡額定電壓為3.8V，
①由圖4小紅的實(shí)驗(yàn)電路知，電壓表應(yīng)選擇0-15V量程，量程過(guò)大，所以電壓的測(cè)量不夠精確；
②由圖1知，小明的實(shí)驗(yàn)中電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端電壓，閉合開(kāi)關(guān)前變阻器阻值要滑到最大值處，
由串聯(lián)電路的分壓原理知：$\frac{{U}_{R}}{{U}_{L}}$=$\frac{R}{{R}_{L}}$，即：$\frac{{U}_{R}}{{U}_{L}}$=$\frac{20Ω}{12Ω}$=$\frac{5}{3}$，則U_R=$\frac{5}{8}$U=$\frac{5}{8}$×6V=3.75V，
所以電壓表要使用0-15V量程，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器后，因?yàn)闊襞菡�常發(fā)光電壓3.8V，變阻器兩端此時(shí)電壓為6V-3.8V=2.2V，所以為了精確測(cè)量再將電壓表?yè)Q成0-3V量程，所以操作麻煩．
故答案為：（1）見(jiàn)上圖；（2）滑動(dòng)變阻器斷路；（3）見(jiàn)上圖；1.14；（4）燈絲電阻隨溫度升高而增大；
【評(píng)估】①電壓表應(yīng)選擇0-15V量程，量程過(guò)大，所以電壓的測(cè)量不夠精確；
②電源電壓6V，操作中電壓表先使用0-15V量程，調(diào)節(jié)變阻器后再使用0-3V量程，操作比較麻煩．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)物電路圖的連接、滑動(dòng)變阻器的正確使用、電路故障的判斷、歐姆定律和電功率的計(jì)算，會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出燈絲電阻與溫度的關(guān)系是解決本題的關(guān)鍵．