Question

17．兩個實驗小組的同學分別測定小燈泡的額定功率（U_額=3.8V），第一小組同學可用的器材有：電壓表，電流表，開關(guān)各一只，6V電源，額定電壓為3.8V的小燈泡，標有“1000Ω，1A”和標有“20Ω，1A”的兩個滑動變阻器，第一小組設計了如圖1所示電路：

如果小燈泡的額定功率約為2W，電流表的量程選擇0-0.6A為宜．
按照圖1中的電路圖連接好電路，檢查電路連接無誤后，閉合開關(guān)，在很大一段范圍內(nèi)調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，電流表和電壓表幾乎沒有示數(shù)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是選擇了“1000Ω1A”的變阻器．
第二小組設計的實驗電路圖如圖2所示，所用器材如圖3所示（其中電源電壓未知，定值電阻R的阻值已知），并進行了以下操作：
步驟1：開關(guān)S撥到2位置，移動滑片P至任一位置，讀出電壓表示數(shù)U₁；
步驟2：開關(guān)S撥到1位置，滑片位置P不動，讀出電壓表示數(shù)U₂．
請你按電路圖2在實物圖3中用筆畫線代替導線連好電路．
同學們寫出了燈泡電阻表達式R_L=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{1}{-U}_{2}}$×R（請你用所測的物理量表示），再根據(jù)P₀=$\frac{{U}_{0}^{2}}{{R}_{L}}$，計算出燈的額定功率．他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與真實值相差較大，原因是：此時燈泡未正常發(fā)光，燈絲電阻與正常發(fā)光時的電阻不同．仔細分析后，他們認為要準確測出燈泡的額定功率，只需將上述步驟1改為開關(guān)S撥到位置2，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)為3.8V．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)P=UI求出燈泡額的電流的大約值，據(jù)此確定電流表的量程；
（2）電路連接無誤，閉合開關(guān)后，在很大一段范圍內(nèi)調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光、電流表和電壓表幾乎沒有示數(shù)說明選擇的滑動變阻器的最大阻值太大造成的；
（3）由電路圖可知，開關(guān)S撥到位置2時，電壓表測燈泡兩端的電壓；開關(guān)S撥到位置1時，電壓表測電源的電壓，據(jù)此連接實物電路圖；
（4）分析電路的連接，根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律求燈的電阻；燈泡在不同電壓下，燈絲溫度不同，電阻大小不同，計算額定功率必須用3.8V時的電阻，用其它電壓下的電阻會出現(xiàn)較大的誤差．

解答 解：（1）因小燈泡的額定功率約為2W，U_額=3.8V，根據(jù)P=UI，燈的額定電流約為：
I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{2W}{3.8V}$≈0.53A，故選用電流表的量程選擇0～0.6A為宜；
（2）電路連接無誤，閉合開關(guān)，在很大一段范圍內(nèi)調(diào)節(jié)滑動變阻器，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光、電流表和電壓表幾乎沒有示數(shù)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是：選擇了“1000Ω 1A”的變阻器；
（3）電壓表的負接線柱與開關(guān)的中間接線柱連接，1與R的左側(cè)接線柱連接，2與燈泡的左接線柱連接，如下圖所示：

（4）步驟1：開關(guān)S撥到2位置，移動滑片P至任一位置，讀出電壓表示數(shù)U₁，即此時燈的電壓，
步驟2：開關(guān)S撥到1位置，滑片位置P不動，讀出電壓表示數(shù)U₂．測量的是燈與R的總電壓，因電路的連接關(guān)系沒有改變，各電阻的大小不變，故R的電壓：
U_R=U₁-U₂，由歐姆定律，通過R的電流：
I_R=$\frac{{U}_{1}{-U}_{2}}{R}$，根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律和歐姆定律，燈的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{R}}$=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{1}{-U}_{2}}$×R；
由于電流的熱效應，當燈泡發(fā)光時，燈絲的電阻會隨溫度升高而變大；
當燈泡兩端電壓不等于其額定電壓時，求出的電阻就不等于其正常發(fā)光時電阻，從而求出的功率就不是額定功率；
所以要想測燈泡的額定功率，可以讓燈泡兩端電壓等于額定電壓，即將開關(guān)S拔到位置2，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)為3.8V．
故答案為：0～0.6A；       
 選擇了“1000Ω 1A”的變阻器；
如上所示；
$\frac{{U}_{1}}{{U}_{1}{-U}_{2}}$×R；
此時燈泡未正常發(fā)光，燈絲電阻與正常發(fā)光時的電阻不同；開關(guān)S撥到位置2，移動滑片P，使電壓表的示數(shù)為3.8V．

點評 本題測定小燈泡的額定功率，考查器材的選擇、故障的分析、影響電阻大小的因素及設計方案測功率的能力．