Question

3．某物理小组探究小灯泡发光亮度的规律，器材有：电源（电压为6V且保持不变）、电流表、电压表、额定电压为3.8V的小灯泡（灯丝的电阻约为10Ω），开关各一个，滑动变阻器和导线若干．
（1）请用笔画线代替导线将图1连接完整，要求导线不能交叉，且滑片P向左移动时电流表示数变大．

（2）检查电路连接，闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应移至最右（选填“左”或“右”）端．
（3）闭合开关后，在移动滑片的过程中发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，则此时的电路故障可能是小灯泡断路．
（4）故障排除后，他们观察到滑片P向左移动过程中灯泡逐渐变亮，灯泡的亮度与实际功率有关．当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图2所示，则小灯泡的额定功率为1.292W．
【拓展】小丽不用电流表，但增加了一个单刀双掷开关S₀和一定值电阻R，其他器材不变，利用这些器材她设计出如图3所示的电路图，也测出了小灯泡的额定功率．
实验步骤
①按图3连接并检查电路；
②闭合开关S₀将开关S₂接在a处，调节电压表示数为3.8V；
③保持滑片P的位置不动，将S₀扳至另一位置，记录此时电压表的示数，记为U；小灯泡的额定功率为P_W=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{R}$．

Answer 1

分析 （1）由滑片向左移动电流表示数变大，根据变阻器的使用即可应将变阻器滑片左边的电阻连入电路，根据I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A判断出电流表的量程，据此连接实物图．
（2）为了保护电路，闭合开关前应将滑动变阻器放在阻值最大处也就是在最右端；
（3）常见电路故障有断路与短路两种，根据电路故障现象分析电路故障原因．
（4）灯的亮度由灯的实际电功率决定，当滑片左移电阻减小，电流变大灯的实际功率变大，灯泡变亮，由图示电流表读出其示数，然后根据P=UI求出灯泡额定功率．
（5）由3图可知：没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于3.8V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率．

解答 解：（1）由滑片向左移动电流表示数变大，根据变阻器的使用即可应将变阻器滑片左边的电阻连入电路，根据I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A判断出电流表的量程为0～0.6A，电路连接如下图所示；

（2）为了保护电路，闭合开关前应将滑动变阻器放在阻值最大处也就是在最右端；
（3）灯泡不亮，可能是灯泡发生短路或电路存在开路造成的，电流表无示数，说明电路是断路，电压表有示数，说明与电压表并联的灯泡电路出现断路，因此其故障原因是：灯泡断路．
（4）灯的亮度由灯的实际电功率决定，当滑片左移电阻减小，电流变大灯的实际功率变大，灯泡变亮，图中电流表的量程是0～0.6A，其分度值为0.02A，所以读数为0.34A，根据P=UI=3.8V×0.34A=1.292W求出灯泡额定功率．
（5）①根据电路图连接电路，闭合开关S，S₁接a，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V．
②保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接b，读出电压表示数U．
③通过灯泡的电流：I=I_R=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{U-3.8V}{R}$灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{R}$．
故答案为：（1）如上图所示：（2）右；（3）灯泡断路；（4）实际功率；1.292；S₁接a，调节滑动变阻器，使电压表示数为3.8V；$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{R}$．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验故障分析、实验操作、电表读数、求灯泡功率、实验设计等；对电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；最后一问：实验设计是本题的难点，知道实验原理、应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题．