Question

同學們到實驗室做“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所示：
（1）電壓表應選用______擋，滑動變阻器應選用______（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）；
（2）實驗電路接好后，合上開關時，部分同學發現電路出現故障，主要有下表所列的兩種情況，請根據現象和檢測結果指出故障的可能原因：

故 障 現 象	檢    測	故 障 原 因
燈泡較暗、兩表的示數均較小	移動滑動變阻器滑片，現象不變
燈泡不亮、電壓表示數較大、電流表無示數	取下燈泡，兩表的示數不變

（3）下表為某小組的實驗記錄分析表：

實驗序號	電壓表示數/V	電流表示數/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P額==1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

表格設計錯誤的地方是______，你認為正確測量結果P_額=______W．
（4）不改變上面連好的電路，用它還可以完成的實驗是：______
（5）根據上表中的數據發現當電壓表的示數增大時，電壓表與電流表示數的比值將______，原因是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）在測功率的實驗中，滑動變阻器有兩個作用：一是保護電路．二是改變燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端電壓為額定電壓；由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動變阻器串聯在約為6V的電源上，燈泡正常工作時，求得滑動變阻器電壓，求得燈泡正常工作時的電流，即滑動變阻器電流，根據R=計算需要的滑動變阻器的最小電阻，滑動變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．
（2）當把滑動變阻器的兩個下接線柱接入了電路時，滑片移動時，燈的亮度不變，且較暗，燈的電壓較小，電流也較小；當燈絲斷了時，把燈從燈座上取下來，電壓表的示數是不變的，電流表也不會有示數的，是發生了斷路的．
（3）測量小燈泡電功率實驗的目的是燈泡在不同電壓下的實際功率，設計表格中求電功率的平均值是無意義的；額定電壓下燈泡的實際功率和額定功率相等．
（4）知道電壓和電流，還能根據R=計算電阻；電阻一定，移動滑片，改變定值電阻兩端的電壓和通過的電流，在電阻一定時，探究電流與電壓的關系．
（5）電壓越大，燈的實際功率越大，燈絲電阻溫度越高，電阻越大，據此分析原因．
解答：解：（1）再測燈泡額定功率時，滑動變阻器的主要作用是移動滑動變阻器的滑片，使燈泡在額定電壓下工作；
燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表選擇0～15V量程；
燈泡正常工作時，電路電流約為，I===0.38A，
滑動變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V，
所以滑動變阻器電阻為：R′==≈5.8Ω；
“5Ω  0.5A”滑動變阻器的電阻太小，不能滿足實驗需要，所以選擇“10Ω  0.5A”的滑動變阻器．
（2）障的可能原因如下表所示：

故 障 現 象	檢    測	故 障 原 因
燈泡較暗、兩表的示數均較小	移動滑動變阻器滑片，現象不變	滑動變阻器連成了定值電阻
燈泡不亮、電壓表示數較大、電流表無示數	取下燈泡，兩表的示數不變	燈泡開路

（3）因不同電壓下小燈泡的實際電功率是不一樣的，所以表格中求電功率的平均值是沒有意義的；
根據表格可知燈泡的額定功率為1.52W．
（4）知道定值電阻的電壓和電流，根據R=UI可以測電阻；根據P=UI可以測功率；移動滑動變阻器滑片，可以改變定值電阻兩端的電壓和通過的電流，可以探究在電阻一定時電流跟電壓的關系．
（5）燈泡電壓越大，燈的實際功率越大，燈絲電阻溫度越高，電阻越大，這表明燈絲的電阻隨溫度發生變化．
故答案為：（1）0～15V；R₂；（2）如上表格所示（3）求平均值一欄；1.52；（4）測燈泡的電阻；（5）增大；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
點評：本題考查了電壓表和滑動變阻器的選擇、電路故障的判斷、實驗表格的設計和燈泡電阻與溫度的關系等，本實驗的實驗電路圖可以進行多個實驗，要注意它們的聯系和不同．