Question

4．在测3.8V小灯泡（电阻大约为10Ω左右）额定功率的实验时，小明连接了如图甲所示的电路，其中电源电压为6V．

（1）若在连接电路时，有A（5Ω 1A）、B（10Ω 0.5A）和C（15Ω 0.2A）三个滑动变阻器可供选择，则应该选择变阻器B（A/B/C）连入电路，才能保证实验顺利进行．
（2）小明合理地连接好电路，闭合开关，发现无论怎样调节滑动变阻器灯泡都不亮．小明分析后发现是灯泡的故障．请你依据表一中电流表、电压表示数出现的几种情况，帮小明判断故障原因，并将其填写在表中对应的空格中．
表一：

电流表	电压表	灯泡故障原因
示数不为0	示数为0	小灯泡短路
示数为0	示数不为0	小灯泡断路

表二：

实验序号	电压表 示数/V	电流表 示数/A	功率/W	额定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	$P=\frac{{（{1.08+1.52+1.89}）}}{3}=1.50$
2	3.8	0.40	1.52
3	4.5	0.42	1.89

（3）表二为某小组的实验记录：
老师认为该小组数据处理过程有误，你认为错误之处是：不应该求功率的平均值，正确测量结果P_额=1.52W；本实验还可以得出小灯泡正常工作时的电阻R为9.5Ω．
（4）在某次实验时，电压表出现了故障不能使用，小明向老师借了一只定值电阻R₀（R₀值已知），设计了如图乙所示的电路，继续测量额定电压为U_额的小灯泡的额定功率．测量时，应先闭合开关S和S₁，调节滑动变阻器，当电流表的示数为$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$时，小灯泡正常工作．接着将S₁断开、S₂闭合，读出电流表的示数为I，则小灯泡的额定功率P_额=U_额（I-$\frac{{U}_{额}}{{I}_{0}}$）（用I、U_额和R₀表示）．

Answer 1

分析 （1）串联分压根据公式，$\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$可判断出滑动变阻器．
（2）若灯泡处开路，则电流表无示数，此时电压表的正负接线柱与电源两极相连，电压表有示数，据此判断电路故障；若灯泡处短路，则电流表有示数，此时电压表的正负接线柱与灯泡并联，电压表无示数，据此判断电路故障；
（3）灯泡的功率随电压的增加而增大，求平均值不对；小灯泡额定功率就是在额定电压下的功率；小灯泡正常工作时的电阻R由正常工作时的电压和电流由欧姆定律可求；
（4）利用已知电阻和电流表求出Rx的电压，再由电流表测得Rx的电流，由欧姆定律求出Rx．

解答 解：（1）由题意可知，串联分压根据公式$\frac{{U}_{L}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{L}}{{R}_{滑}}$，$\frac{3.8V}{6V-3.8V}$=$\frac{10Ω}{{R}_{滑}}$，R_滑=5.78Ω，
小灯泡的额定电流I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8v}{10Ω}$=0.38A，由以上计算结合滑动变阻器A、B、C所给条件可知，只有B符合，故滑动变阻器应选B；
（2）电流表有示数，此时电压表的正负接线柱与灯泡并联，电压表无示数，据此判断电路故障为小灯泡短路；电流表无示数，此时电压表的正负接线柱与电源两极相连，电压表有示数，据此判断电路故障为小灯泡断路；
（3）不同电压的实际功率不同，灯泡的功率随电压的增加而增大，求平均值不对；
由P_额=U_额I_额=3.8V×0.40A=1.52w，表格二序号2，即为额定功率；
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.8V}{0.40A}$=9.5Ω；
（4）测量时，应先闭合开关S和S₁，调节滑动变阻器，R_L和R₀并联，电压相等，当小灯泡正常工作时有I₀=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$；
接着将S₁断开、S₂闭合，读出电流表的示数为I，此时电流为R_L和R₀电流之和，I_L=I-I₀=I-$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$；
故小灯泡的额定功率P_额=U_额（I-$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$）．
故答案为：（1）B； （2）小灯泡短路；小灯泡断路；（3）不应该求功率的平均值、1.52、9.5； （4）$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$、U_额（I-$\frac{{U}_{额}}{{R}_{0}}$）．

点评 本题测定小灯泡额定功率，考查器材的选择、操作过程、电功率的计算、常见故障的分析与判断等知识，应熟练掌握．