Question

某班同學到實驗室做“測定小燈泡額定功率”的實驗．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A　0～3A）、電壓表（0～3V　0～15V）、開關各一只，導線若干，滑動變阻器三只：R₁（5Ω　0.5A）、R₂（10Ω　0.5A）、R₃（500Ω　1A）．同學們設計的電路如圖1所示：

（1）把實物圖2連接完整（按照電路圖的連接方式）．
（2）滑動變阻器應選用______（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）；
（3）在開關閉合前，應將滑片P放在______端．（選填“A”或“B”）
（4）君君正確地連接好電路，閉合開關，無論怎樣調節滑動變阻器燈泡都不亮．小蘭分析產生故障的原因可能是：①小燈泡燈絲斷了；②小燈泡短路；③滑動變阻器開路．（電流表、電壓表均無故障）請你依據表中電流表、電壓表示數可能出現的幾種情況，幫君君判斷故障原因，并將其序號填寫在表中對應的空格里．

電流表	電壓表	故障原因
示數不為0	示數為0	______
示數為0	示數不為0	______

（5）電壓表的電阻很大，所以在處理電路時通常把電壓表看成斷路，但是真實情況下有時也要考慮電壓表的電阻，若電壓表的電阻為R₀，圖3所示電路可以等效成如圖4所示．則根據該等效方法，當電壓表讀數為U，電流表讀數為I時，R_X的實際功率應為______（用測得的量表達），測量值比真實值______（選填“偏大”或者“偏小”）

Answer 1

解：（1）電壓表應與燈泡并聯，燈泡的額定電壓為3.8V，應選擇0～15V的量程；
滑動變阻器已接了上面一個接線柱，應再接下面一個接線柱，如圖所示：
；
（2）電源電壓為6V，燈泡正常發光時，滑動變阻器兩端的電壓U_滑=6V-3.8V=2.2V
電路中的電流大約為I===0.38A
所以滑動變阻器的阻值大約R_滑===6Ω；
R₁的阻值太小，R₃的阻值太大，應選擇R2；
（3）由電路圖知，在閉合開關前，應將滑片移至最右端即B端，使其阻值最大；
（4）小燈泡燈絲斷了，則電流表的示數為0，電壓表的示數不為零；
若小燈泡短路則電流表的示數不為零，電壓表的示數為零；
若滑動變阻器開路，則電流表和電壓表的示數均為零；
（5）燈泡的實際電流I_x=I-，所以其實際功率為P=UI=U（I-）=UI-，所以測量值比實際值偏大．
故答案為：（1）見上圖；（2）R₂；（3）B；（4）②①；（5）UI-；偏大．
分析：（1）掌握實物電路的連接，特別是電流表、電壓表和滑動變阻器的接法；
（2）根據串聯電路電流、電壓的規律結合歐姆定律計算出燈泡正常發光時滑動變阻器的阻值便可得出；
（3）為保護電路，在閉合開關前，滑動變阻器的滑片應移至最大阻值處；
（4）掌握斷路和短路的特點：斷路，電路中無電流，斷開處的電壓等于電源電壓；短路，用電器不工作，兩端電壓為零，電路中仍有電流；
（5）按圖中所示，電流表的示數其實是燈泡和電壓表的電流之和，測得的電流值偏大，所以根據P=UI測出的電功率值偏大．
點評：此題是“測定小燈泡額定功率”的實驗，考查了實物電路的連接，滑動變阻器規格的選擇，同時考查了電路故障的分析及實驗誤差的分析，這些應屬于電學實驗中的難點．