Question

16．用如圖所示電路測量小燈泡的額定功率，小燈泡上標有“3.8V”字樣，額定功率約為1W，滑動變阻器R₀的規(guī)格是“20Ω  1A”，電源電壓恒為6V．
（1）連接不完整的電路如圖所示，請用筆畫線代替導線，將實物電路連接完整（要求導線不交叉，滑片向右移，燈光變亮）．

（2）連接好電路后，為保證電路安全，應將滑動變阻器的滑片移至A（選填“A”或“B”端，才能閉合開關．
（3）電路連接正確后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，接下來應進行的操作是向右移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光．
（4）當小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是1.14W．
（5）細心的小華發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)很難準確顯示3.8V，會給實驗造成一定誤差，她認為在第（3）步實驗基礎上，對電路稍作改動，能提高測量數(shù)據(jù)的精確度，請幫小華補全實驗步驟：
a．斷開開關，將電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端；
b．閉合開關，調節(jié)滑片，直至電壓表示數(shù)為2.2V，并讀出此時電流表的示數(shù)；
c．計算出小燈泡的額定功率．
（6）完成上述實驗后，小紅組的同學還想測量一段電阻絲Rx的阻值，她們增加一些實驗器材分別設計了如圖丙所示的四種電路，其中不可行的是D．

Answer 1

分析 （1）實驗中電流表、燈泡、滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測量燈泡兩端電壓，電流表測量電路中電流，由燈泡規(guī)格確定電表量程，滑動變阻器滑片向左移動時燈泡變亮，說明滑動變阻器接入電路電阻變小；
（2）為了保護電路，連入滑動變阻器，在閉合開關前，滑片P置于使連入電阻最大的位置；
（3）閉合開關后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，說明電路是通路，可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，分析電阻過大的原因，然后進行下一步操作；
（4）根據(jù)電流表所選量程和指針位置，讀出電流表的示數(shù)，利用P=UI計算小燈泡的電功率；
（5）由于小燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表必須選擇大量程，這樣造成電壓測量不精確，為了使測量誤差更小，可將電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端，改接小量程．據(jù)此分析；
（6）利用電壓表和電流表，結合串、并聯(lián)電路電流和電壓特點以及歐姆定律，直接或間接得出被測電阻兩端的電壓和電流，根據(jù)R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$求出電阻．

解答 解：
（1）電流表、燈泡、滑動變阻器串聯(lián)，燈泡額定電壓3.8V，所以電壓表使用0-15V量程，由P=UI可得燈泡正常發(fā)光電流約為：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{3.8V}$≈0.26A，所以電流表使用0-0.6A量程，滑動變阻器滑片向右移動時燈泡變亮，所以應將B接線柱接入電路中．如圖所示：
；
（2）閉合開關時發(fā)現(xiàn)燈光特別亮，說明電路中電流比較大，原因是滑片P沒有置于滑動變阻器的最大值A端；
（3）閉合開關后，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，燈泡沒有斷路，可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，下一步操作：向右移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光；
（4）當小燈泡正常發(fā)光時兩端電壓為3.8V，電流表所選量程為0～0.6A，其分度值為0.02A，由乙圖指針位置可知，此時的電流為0.3A，
則該燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（5）由于小燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表必須選擇大量程，這樣造成電壓測量不精確，為了使測量誤差更小，可將電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端，改接小量程．
因為電源電壓為6V，則變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V時，此時小燈泡恰好正常好光．
所以補充的步驟為：a．斷開開關，將電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端（此時選擇小量程）；
b．閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表的示數(shù)為2.2V，并讀出此時電流表的示數(shù)；
c．計算出燈的額定功率．
（6）A、開關S閉合，據(jù)電流表可得出待測電阻的電流，據(jù)電壓表的示數(shù)能得出待測電阻的電壓，所以據(jù)R_x=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$求出電阻．
B、兩開關都閉合，此時電壓表的示數(shù)是電源電壓U；斷開與電壓表并聯(lián)的開關，此時待測電阻與定值電阻串聯(lián)，電壓表測的是待測電阻R_x的電壓，所以據(jù)電源電壓能計算出定值電阻R₀的電壓，即可計算出此時的電流；由于串聯(lián)電路中電流處處相等，所以據(jù)此能計算出R_x的電阻．
C、閉合開關，定值電阻和待測電阻并聯(lián)，所以讀出此時電流表的示數(shù)I；斷開開關，讀電流表的示數(shù)I_x，則定值電阻中的電流為I-I_x，計算出定值電阻R₀兩端的電壓U，可知待測電阻的電壓為U，根據(jù)歐姆定律計算出待測電阻的阻值．
D、該選項電流都不知道，故該選項無法計算出待測電阻，故該選項符合題意．
故答案為：
（1）見上圖；
（2）A；（3）向右端移動滑動變阻器的滑片，觀察燈泡的發(fā)光情況；
（4）1.14；
（5）a．將電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端；b．調節(jié)滑片，直至電壓表示數(shù)為2.2V；
（6）D．

點評 本題考查了測量小燈泡電功率的實驗中，實物圖的連接、電流表的讀數(shù)、電功率的計算、實驗的改進與分析等，綜合性強，是一道好題．