Question

15．在“测量小灯泡的额定功率”实验中，已连接的部分电路如图1a所示，图中电源电压恒为6V，小灯泡的额定功率为3.8V．

（1）请你用笔画线代替导线，将图中的实物电路连接完整．
（2）正确连接实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数．其故障原因可能是灯泡断路．
（3）故障排除后开始实验，当变阻器滑片滑到某个位置时，电压表的示数为3.0V，接着应将滑片向右滑动（选填“左”、“右”），直至灯泡两端电压为额定电压，此时电流表的示数如图1b所示．则灯泡的额定功率为1.14W．
（4）某实验小组想不用电流表，而是仅用一个电压表测定该小灯泡额定功率，但在原有的实验器材基础上，增加了一个已知阻值为R₀的定值电阻（阻值适当）和一个单刀双掷开关，在设计电路时出现了如图2所示的两个方案，方案设计者都认为在闭合S₁后，把开关S打到1，调滑动变阻器使电压表的读数为U_额，再把S打到2，读出电压表的读数为U，即可求出灯泡的额定功率．
①你认为应选方案甲（选填“甲”、“乙”、“甲和乙均可”）．
②写出灯泡额定功率的表达式P_额=$\frac{{U}_{额}（U-U额）}{{R}_{0}}$．（用U_额、U、R₀表示）

Answer 1

分析 （1）根据实验原理连接实物电路图，注意电表量程和变阻器的接法．
（2）电压表有示数，说明与电压表两接线柱连接的电路是通路，电流表无示数，说明电路断路，据此分析故障的可能原因．
（3）在额定电压下灯泡的功率为额定功率，根据题意与电路图判断滑片的移动方向；由图示电表确定其分度值，读出其示数，然后由P=UI求出灯泡额额定功率．
（4）根据实验器材与实验原理分析答题．

解答 解：（1）测灯泡功率实验，电压表测灯泡两端电压，灯泡额定电压3.8V，所以电压表应使用0-15V量程，变阻器一上一下接入电路，实物电路图如图所示：

（2）灯泡不亮，电流表无示数，说明某处发生了断路，电压表有示数，说明与电压表并联的灯泡出现了断路．
（3）电压表示数为3V小于灯泡额定电压，为测灯泡额定电压，由电路图根据串联电路的分压原理可知，应向右移动滑片，使电压表示数等于灯泡额定电压3.8V；
由电路图可知，电流表量程为0～0.6A，由图示电流表可知，其分度值为0.02A，示数为0.3A，
所以灯泡额定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
（4）①实验需要测出灯泡两端电压与通过灯泡的电流，可以把灯泡与定值电阻串联，测出定值电阻两端电压，由欧姆定律求出通过定值电阻的电流，由于灯泡与定值电阻串联，可以求出通过灯泡的电流，然后由P=UI求出灯泡额定功率．
甲实验方案：实验步骤：a、根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为额定电压U_额．
b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．
③通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-{U}_{额}}{{R}_{0}}$，灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{{U}_{额}×（U-{U}_{额}）}{{R}_{0}}$；
乙实验方案：S₁ 闭合，S接1时，电压表测灯泡的电压，当S接2时，电压表的正负接线柱接反了，故方案乙不可行．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡断路；（3）左；1.14；（4）甲；$\frac{{{U_额}（U-{U_额}）}}{R_0}$

点评 本题考查了实物连接、滑动变阻器的调节、电表读数、求灯泡额定功率、故障分析、电路设计等；对电流表读数时，要先确定其量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直．