Question

16．一个额定电压是6V的小灯泡，其正常工作时通过的电流约为0.3A，小明想测定这个小灯泡的额定功率．实验室中有如下器材：电流表、电压表、开关各一个，三个规格分别为“10Ω  lA”、“50Ω  0.5A”和“1kΩ 1A”的滑动变阻器，导线若干，电源（电压为12V）．

（1）小明设计了如图甲所示电路图，通过分析你认为小明应选用规格为50Ω0.5A的滑动变阻器．
（2）实物图中已连接了部分电路．请你根据电路图用笔画线代替导线，将电路乙连接完整．
（3）小明正确选择了滑动变阻器，将电路补充连接后，闭合开关，发现灯泡发光较暗，电流表有示数．任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变（示数不为零）且小于6V．具体原因是滑动变阻器同时接到下面两个接线柱上．
（4）小明排除故障后，继续实验．当电压表的示数为6V时，电流表的示数（如图丙所示）为0.32A，则小灯泡此时的电阻为Ω
（5）小明还想测出小灯泡正常发光时的功率，但发现电压表损坏，小明利用电阻箱R1，一个电流表A₁，滑动变阻器等器材组成的实验电路，也顺利地完成了实验，请在虚线框中画出小明设计的实验电路，补充实验步骤，并写出小灯泡正常发光的额定功率表达式．
①闭合开关，调节电阻箱R₁，至某一整刻度，并读出R₁，
②调节滑动变阻器滑片P使电流表A₁的示数为$\frac{6V}{{R}_{1}}$
③观察并记录电流表A₂的示数为I₂
计算小灯泡的额定功率，表达式P=6V×I₂．

Answer 1

分析 （1）灯泡正常发光时，灯泡电压等于额定电压，根据串联电路的特点求出滑动变阻器两端的电压，根据欧姆定律求出接入电路的滑动变阻器的阻值，根据此时接入电路的滑动变阻器的阻值及允许通过的最大电流选择滑动变阻器，滑动变阻器的最大阻值应略大于接入电路的阻值．
（2）滑动变阻器按一上一下串联在电路中，电压表与被测电路并联；
（3）根据现象判断电路电阻太大，而滑阻移动不能改变电路电流，所以判断出滑阻下面的两个接线柱接入电路，只起了一个定值电阻的作用，起不到改变电压的作用；
（4）根据电流表的量程和分度值读出示数的大小，根据P=UI求出灯泡的额定功率．
（5）小灯在额定电压下工作时，其实际功率等额定功率，因此要测它的额定功率，须使小灯泡的两端的电压等于6V，由于电压表操坏，无法直接测量，可并联电路的电压规律，利用电流表测出一支路电流，由U=IR计算电压，据此解题．

解答 解：（1）小灯泡正常发光时，滑动变阻器两端的电压U_滑=U-U_灯=12V-6V=6V，此时滑动变阻器接入电路的电阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V}{0.3A}$=20Ω，电路电流是0.3A，因此应选规格为“50Ω  0.5A”的滑动变阻器；
（2）滑动变阻器按一上一下串联在电路中，电压表与被测电路并联，如图1所示；
（3）灯泡发光较暗，电流表有示数说明电流太小，滑动变阻器的阻值太大，任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变说明滑动变阻器同时接到下面两个接线柱上（滑动变阻器接成了定值电阻）．
（4）由图可知，电流表使用的量程是0～0.6A，分度值为0.02A，示数是0.32A；
此时灯泡的电阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.32A}$=18.75Ω；
（5）电阻箱接入电路的电阻为R1，因此把R1与灯泡串联，此时R₁两端电压与L两端电压相等，用电流表A₁测R₁电流I，根据U=IR计算电阻箱两端电压，调节滑动变阻器接入电路中的电阻大小，使IR=6V，此时小灯泡正常发光，再利用电流表A₂测出此时通过小灯泡的电流I₂，根据P=UI计算，
②调节滑动变阻器滑片P使电流表A₁的示数为$\frac{6V}{{R}_{1}}$，
③观察并记录电流表A₂的示数为I₂，
小灯泡的额定功率，表达式为：P=UI₂=6V×I₂；
电路图如图2：
故答案为：（1）“50Ω 0.5A”；（2）如图1；（3）滑动变阻器同时接到下面两个接线柱上；（4）0.32；18.75；（5）
②调节滑动变阻器滑片P使电流表A₁的示数为$\frac{6V}{{R}_{1}}$；③观察并记录电流表A₂的示数为I₂；6V×I₂；如图2．

点评 本题考查了滑动变阻器的选择、电路的连接与设计、电路故障的分析、电流表的读数，要理解并联电路的特点并能灵活运用．