Question

3．某物理小組探究小燈泡發(fā)光亮度的規(guī)律，器材有：電源（電壓為6V且保持不變）、電流表、電壓表、額定電壓為3.8V的小燈泡（燈絲的電阻約為10Ω），開關各一個，滑動變阻器和導線若干．
（1）請用筆畫線代替導線將圖1連接完整，要求導線不能交叉，且滑片P向左移動時電流表示數(shù)變大．

（2）檢查電路連接，閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應移至最右（選填“左”或“右”）端．
（3）閉合開關后，在移動滑片的過程中發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，則此時的電路故障可能是小燈泡斷路．
（4）故障排除后，他們觀察到滑片P向左移動過程中燈泡逐漸變亮，燈泡的亮度與實際功率有關．當小燈泡正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖2所示，則小燈泡的額定功率為1.292W．
【拓展】小麗不用電流表，但增加了一個單刀雙擲開關S₀和一定值電阻R，其他器材不變，利用這些器材她設計出如圖3所示的電路圖，也測出了小燈泡的額定功率．
實驗步驟
①按圖3連接并檢查電路；
②閉合開關S₀將開關S₂接在a處，調節(jié)電壓表示數(shù)為3.8V；
③保持滑片P的位置不動，將S₀扳至另一位置，記錄此時電壓表的示數(shù)，記為U；小燈泡的額定功率為P_W=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{R}$．

Answer 1

分析 （1）由滑片向左移動電流表示數(shù)變大，根據(jù)變阻器的使用即可應將變阻器滑片左邊的電阻連入電路，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A判斷出電流表的量程，據(jù)此連接實物圖．
（2）為了保護電路，閉合開關前應將滑動變阻器放在阻值最大處也就是在最右端；
（3）常見電路故障有斷路與短路兩種，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因．
（4）燈的亮度由燈的實際電功率決定，當滑片左移電阻減小，電流變大燈的實際功率變大，燈泡變亮，由圖示電流表讀出其示數(shù)，然后根據(jù)P=UI求出燈泡額定功率．
（5）由3圖可知：沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）由滑片向左移動電流表示數(shù)變大，根據(jù)變阻器的使用即可應將變阻器滑片左邊的電阻連入電路，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A判斷出電流表的量程為0～0.6A，電路連接如下圖所示；

（2）為了保護電路，閉合開關前應將滑動變阻器放在阻值最大處也就是在最右端；
（3）燈泡不亮，可能是燈泡發(fā)生短路或電路存在開路造成的，電流表無示數(shù)，說明電路是斷路，電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的燈泡電路出現(xiàn)斷路，因此其故障原因是：燈泡斷路．
（4）燈的亮度由燈的實際電功率決定，當滑片左移電阻減小，電流變大燈的實際功率變大，燈泡變亮，圖中電流表的量程是0～0.6A，其分度值為0.02A，所以讀數(shù)為0.34A，根據(jù)P=UI=3.8V×0.34A=1.292W求出燈泡額定功率．
（5）①根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關S，S₁接a，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
②保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接b，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過燈泡的電流：I=I_R=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{U-3.8V}{R}$燈泡額定功率：P=U_額I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{R}$．
故答案為：（1）如上圖所示：（2）右；（3）燈泡斷路；（4）實際功率；1.292；S₁接a，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V；$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{R}$．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗故障分析、實驗操作、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實驗設計等；對電表讀數(shù)時要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時視線要與電表刻度線垂直；最后一問：實驗設計是本題的難點，知道實驗原理、應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題．