Question

15．为了测小灯泡的额定功率，被测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω．实验室有如下器材：电源（电压约为6V左右）、电流表（0～0.6A 0～3A）、电压表（0～3V 0～15V）、开关各一只，导线若干，滑动变阻器两只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）．
（1）请你说出在这个实验中，滑动变阻器所起作用是：
①保护电路；②调节灯泡两端电压使之达到额定电压．本实验中滑动变阻器应选用R₂（选填“R₁”或“R₂”）．
（2）实验电路接好后，合上开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下列情况，请根据现象指出故障的可能原因：
①连接好电路，闭合开关后，看到电压表指针如图甲偏转：电压表量程应选0～15V．
②灯泡不亮、电压表示数较大、电流表无示数．取下灯泡，两表的示数不变：灯泡断路．
（3）排除故障后，调节滑动变阻器，发现电压表的0～15V量程已坏，为了测小灯泡的额定功率，姚胜小组设计了另一种实验方案．（电阻R的阻值已知，电源电压未知）
①电路如图乙所示，连接好电路；
②开关S拔到位置1，移动滑片P至任-位置，读出电流表示数I₁；
③开关S拔到位置2，滑片位置不动，读出电流表示数I₂．
先算出灯泡的电阻和R两端电压，再根据P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{RL}$，计算灯泡的额定功率．他们按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，分析后，他们认为要准确测出灯泡额定功率只需将上述步骤②（填序号）改为开关S拔到位置1，移动滑片P直到电流表示数为I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$为止，读出电流表示数I₁；灯泡额定功率的表达式为3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）．

Answer 1

分析 （1）根据实验目的分析变阻器的作用；根据串联电路特点和欧姆定律计算灯泡正常工作时变阻器连入阻值，从而选择变阻器规格；
（2）①由图甲分析故障原因；②灯泡不亮可能是灯泡短路或灯泡断路或灯泡以外的电路断路；取下灯泡，两表示数不变，可以确定故障原因；
（3）由电路图可知，实验用了等效替代法，由此分析解答．

解答 解：
（1）滑动变阻器所起作用：①闭合开关前，为防止电路中电流过大，损坏电路元件，应将变阻器的滑片滑到最大值处；②为测定小灯泡的额定功率，应调节滑片使灯泡两端电压达到额定电压3.8V；
灯泡正常发光时电压3.8V，电流约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
此时滑动变阻器连入阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.38A}$≈5.8Ω，所以应选择10Ω 0.5A的滑动变阻器；
（2）①由图甲可知，电压表指针偏转到了最大值了，所以原因是电压表使用了0-3V量程，应使用0-15V量程；
②灯泡不亮，电流表无示数，电路断路，电压表示数较大，把灯泡取下，两表的示数不变，所以灯泡断路；
（3）因为灯泡电阻随温度的变化而变化，题中移动滑片P至任一位置所求电阻值R_L与灯泡正常发光时的阻值不相等，
所以根据P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$，求出的功率与额定功率的真实值相差较大；
要准确测出灯泡的额定功率，只需将上述步骤2改为：开关S拔到位置1，移动滑片P直到电流表示数为I₁=$\frac{{U}_{0}}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$为止，读出电流表示数I₁；
所以灯泡的额定功率为P=UI=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）．
故答案为：
（1）保护电路；调节灯泡两端电压使之达到额定电压；R₂；
（2）①电压表量程应选0～15V；②灯泡处发生断路；
（3）②；开关S拨到位置1，移动滑片P使电流表示数I₁=$\frac{3.8V}{R}$；P_额=3.8V×（I₂-$\frac{3.8V}{R}$）．

点评 本题考查了电路故障分析、欧姆定律的应用、并联电路的特点、实验操作设计，本题第（3）小题应用了等效替代法，第（3）小题有一定的难度，解题是时要注意认真分析．