Question

16．在“測量小燈泡功率”的實(shí)驗(yàn)中．

（1）按圖甲正確連接好電路，閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)：小燈泡不亮，電流表示數(shù)為零，而電壓表示數(shù)接近電源電壓，經(jīng)檢查，電流表是完好的，僅滑動變阻器或小燈泡存在故障，則電路中的故障是小燈泡斷路，排除故障后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡仍不亮，電流表指針偏轉(zhuǎn)很小，要使該小燈泡發(fā)光只需向左移動滑動變阻器的滑片．
（2）觀察小燈泡在不同電壓下的高度，讀出電壓表，電流表示數(shù)，實(shí)驗(yàn)記錄見下表：

實(shí)驗(yàn)序號	電壓U/V	電流I/A	小燈泡亮度	實(shí)驗(yàn)功率P/W
①	2	0.18	偏暗	0.36
②	2.5	0.2	正常發(fā)光	0.5
③	3		偏亮

①由表格可知：該小燈泡額定電壓為2.5V．
②當(dāng)小燈泡兩端電壓為3V時(shí)，小燈泡偏亮，小明擔(dān)心燈絲會燒斷，于是立即斷開開關(guān)，未讀取電流表示數(shù)，同組的小華觀察到當(dāng)時(shí)電流表指針的位置如圖乙所示，則通過小燈泡的電流為0.22A，小燈泡的實(shí)際功率為0.66W．
（3）如圖丙是小明重新設(shè)計(jì)的另一種實(shí)驗(yàn)方案來測定小燈泡的額定功率（電源電壓不變，電阻R=5Ω）．
①電路如圖所示，開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
②開關(guān)S撥到位置2，變阻器滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂；先算出燈泡的電阻R_；L$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（請你用所測的物理量和已知量的符號表示），再根據(jù)P_額=$\frac{{U}_{{額}^{2}}}{{R}_{L}}$，計(jì)算燈泡的額定功率，他按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，原因是忽略了溫度對燈絲電阻的影響，為了能準(zhǔn)確測量燈泡的額定功率，他們只需要將上述步驟①改為將開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P，使I₁R等于2.5V．

Answer 1

分析 （1）電流表無示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連，據(jù)此判斷故障所在；連接電路時(shí)，滑動滑動變阻器的滑片置于阻值最大處，要使燈正常發(fā)光，要移動滑片使變阻器連入電路的電阻減小；
（2）①小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓即為額定電壓；②確定電流表小量程的分度值讀數(shù)，根據(jù)P=UI計(jì)算實(shí)際功率；
（3）由電路圖可知，R與L并聯(lián)，當(dāng)開關(guān)S拔到位置1時(shí)電流表測通過R的電流，當(dāng)開關(guān)S拔到位置2時(shí)電流表測電路的總電流，根據(jù)歐姆定律求出并聯(lián)部分的電壓，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出通過L的電流，進(jìn)一步根據(jù)歐姆定律求出燈泡的電阻；因不同電壓下燈泡的電阻不同，所以燈泡的額定功率不能用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出；調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表的示數(shù)和R的乘積為3.8V時(shí)可以測出燈泡的額定功率．

解答 解：（1）閉合開關(guān)后，燈不亮，電流表無示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連，因此電路故障為與電壓表并聯(lián)的小燈泡斷路．（若滑動變阻器短路，則電流表示數(shù)不為0，燈亮；若滑動變阻器斷路，則電流表無示數(shù)，均與題目不符，排除了變阻器的故障）；
排除故障后，閉合開關(guān)，仍發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表指針偏轉(zhuǎn)很小，說明燈的電壓太小，滑動變阻器連入電路中的電阻太大．為了增大燈泡的電壓，就要減小變阻器兩端的電壓，根據(jù)分壓原理可知，要減小變阻器連入電路中的電阻，所以，需向左移動變阻器的滑片；
（2）①由表格可知，小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓，即額定電壓為2.5V；
②根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知，電流表選用的是小量程，電流表小量程的分度值為0.02A，電流表示數(shù)為0.22A，小燈泡的實(shí)際功率：P=UI=3V×0.22A=0.66W；
（3）因R與L并聯(lián)，
所以，并聯(lián)部分兩端的電壓U=I₁R，
通過燈泡的電流為I_L=I₂-I₁，
則燈泡的電阻R_L=$\frac{U}{{I}_{L}}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
因燈泡的電阻與溫度有關(guān)，
所以，燈泡的額定功率不能用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出；
當(dāng)調(diào)節(jié)滑動變阻器使電流表的示數(shù)和R的乘積為2.5V時(shí)，測出此時(shí)電路中的電流并求出通過燈泡的電流，即可利用P=UI求出燈泡的額定功率．
故答案為：（1）小燈泡斷路； 向左移動滑動變阻器的滑片； （2）①2.5； ②0.22； 0.66；（3）$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；忽略了溫度對燈絲電阻的影響；將開關(guān)S撥到位置1，移動滑片P，使I₁R等于2.5V．

點(diǎn)評 此題是測量燈泡的電功率實(shí)驗(yàn)，考查了歐姆定律在串聯(lián)電路中的應(yīng)用，電壓表、滑動變阻器規(guī)格的選擇，同時(shí)考查了燈絲電阻與溫度的關(guān)系，這些都是實(shí)驗(yàn)中容易忽略的問題，難度較大．