Question

2．某班同學到實驗室做“測定小燈泡額定功率”的實驗．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開關(guān)各一個，導線若干，滑動變阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω  1A）．同學們設(shè)計的電路如圖所示：

（1）電壓表應選用0～15V擋，滑動變阻器應選用R₂（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）
（2）圖1是小明畫出的實驗電路圖，請你根據(jù)電路圖用筆畫線代替導線，幫他將圖2中未完成的電路連接好，要求：導線不能交叉．
（3）實驗電路接好后，合上開關(guān)時，部分同學發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種
情況，請根據(jù)現(xiàn)象和檢測結(jié)果指出故障的可能原因：

故障現(xiàn)象	檢測	故障原因
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變
燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變

（4）如表為某小組的實驗記錄分析表：老師認為該小組數(shù)據(jù)處理過程有誤，你認為錯誤之處是把功率的三個測量值的平均值當做額定功率，正確測量結(jié)果P_額=1.52W．

實驗序號	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P額=$\frac{1.08+1.52+1.89}{3}$=1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程；根據(jù)燈泡正常工作時，滑動變阻器的電壓和燈泡正常工作時的電流計算需要的滑動變阻器的最小電阻．按照滑動變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻，同時滑動變阻器允許通過的最大電流應大于電路中的最大電流的原則選擇．
（2）由圖1知，燈泡、電流表、滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表量程，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時的電流確定電流表的量程，連接電路時，注意電表正負接線柱不要接反，注意滑動變阻器的接法．
（3）燈泡較暗，電路電流較小，電路電阻較大，移動滑片，燈泡亮度、電壓表和電流表的示數(shù)都不變，滑動變阻器不能改變電路電阻，并且電路電阻很大，可以判斷故障原因．
燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，電壓表與電源接通，取下燈泡，電壓表和電流表的示數(shù)不變，可斷定燈泡斷路．
（4）由于燈泡的實際功率不是定值，所以不能求平均值；當燈泡在額定電壓下，燈泡正常工作時的實際功率等于燈泡的額定功率．

解答 解：（1）伏安法測燈泡額定功率時，滑動變阻器的主要作用是移動滑動變阻器的滑片，使燈泡在額定電壓下工作．
燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表選擇0～15V量程．
燈泡正常工作時，電路電流約為，I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
滑動變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動變阻器電阻為：R′=$\frac{{U}^{′}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑動變阻器的電阻太小，“500Ω 1A”滑動變阻器的電阻太大，不能滿足實驗需要．
所以選擇“10Ω  0.5A”的滑動變阻器．
（2）燈泡額定電壓是3.8V，電壓表選擇0～15V量程，燈泡正常發(fā)光時，電路電流約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，電流表選0～0.6A量程，燈泡、電流表、滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電路圖如圖所示：

（3）燈泡較暗，兩表示數(shù)較小，電源電壓不變電路電阻較大，移動滑片，現(xiàn)象都不改變，所以滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱．
燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電流斷路，電壓表有較大示數(shù)，取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以斷定燈泡斷路．
（4）由于燈泡的實際功率不是定值，所以不能通過求平均值的方法來求功率；該小組數(shù)據(jù)處理過程是錯誤的；
額定功率等于燈泡正常工作時的實際功率，即實際電壓為3.8V時的實際功率1.52W．
故答案為：（1）0～15V；R₂；（2）電路連接如上圖所示：（3）

故障現(xiàn)象	檢測	故障原因
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變	滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱．
燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變	燈泡斷路

（4）把功率的三個測量值的平均值當做額定功率；1.52．

點評 電壓表量程根據(jù)燈泡的額定電壓或電源電壓最小值來確定，電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端．注意滑動變阻器有4個接線柱，選擇一上一下接線柱接入電路，使滑動變阻器串聯(lián)在電路中．
電路故障的判斷時，注意電壓表示數(shù)較大表明電路中的通路部分是哪些．