Question

某班同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實(shí)驗(yàn)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(guān)各一只，導(dǎo)線若干，滑動(dòng)變阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω  0.5A）、R₃（500Ω  1A）．同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的電路如圖1所示：

（1）把實(shí)物圖2連接完整（按照電路圖的連接方式）．
（2）滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

R₂

（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）；
（3）在開關(guān)閉合前，應(yīng)將滑片P放在

B

端．（選填“A”或“B”）
（4）君君正確地連接好電路，閉合開關(guān)，無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器燈泡都不亮．小蘭分析產(chǎn)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(dòng)變阻器開路．（電流表、電壓表均無故障）請(qǐng)你依據(jù)表中電流表、電壓表示數(shù)可能出現(xiàn)的幾種情況，幫君君判斷故障原因，并將其序號(hào)填寫在表中對(duì)應(yīng)的空格里．

電流表	電壓表	故障原因
示數(shù)不為0	示數(shù)為0	②
示數(shù)為0	示數(shù)不為0	①

（5）電壓表的電阻很大，所以在處理電路時(shí)通常把電壓表看成斷路，但是真實(shí)情況下有時(shí)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(jù)該等效方法，當(dāng)電壓表讀數(shù)為U，電流表讀數(shù)為I時(shí)，R_X的實(shí)際功率應(yīng)為

UI-

U2

R0

（用測得的量表達(dá)），測量值比真實(shí)值

偏大

（選填“偏大”或者“偏小”）

Answer 1

分析：（1）掌握實(shí)物電路的連接，特別是電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器的接法；
（2）根據(jù)串聯(lián)電路電流、電壓的規(guī)律結(jié)合歐姆定律計(jì)算出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值便可得出；
（3）為保護(hù)電路，在閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移至最大阻值處；
（4）掌握斷路和短路的特點(diǎn)：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(shù)其實(shí)是燈泡和電壓表的電流之和，測得的電流值偏大，所以根據(jù)P=UI測出的電功率值偏大．

解答：解：（1）電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，燈泡的額定電壓為3.8V，應(yīng)選擇0～15V的量程；
滑動(dòng)變阻器已接了上面一個(gè)接線柱，應(yīng)再接下面一個(gè)接線柱，如圖所示：
；
（2）電源電壓為6V，燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)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=

U額

R

=

3.8V

10Ω

=0.38A
所以滑動(dòng)變阻器的阻值大約R_滑=

U滑

I

=

2.2V

0.38A

=6Ω；
R₁的阻值太小，R₃的阻值太大，應(yīng)選擇R2；
（3）由電路圖知，在閉合開關(guān)前，應(yīng)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(shù)為0，電壓表的示數(shù)不為零；
若小燈泡短路則電流表的示數(shù)不為零，電壓表的示數(shù)為零；
若滑動(dòng)變阻器開路，則電流表和電壓表的示數(shù)均為零；
（5）燈泡的實(shí)際電流I_x=I-

U

R0

，所以其實(shí)際功率為P=UI=U（I-

U

R0

）=UI-

U2

R0

，所以測量值比實(shí)際值偏大．
故答案為：（1）見上圖；（2）R₂；（3）B；（4）②①；（5）UI-

U2

R0

；偏大．

點(diǎn)評(píng)：此題是“測定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)，考查了實(shí)物電路的連接，滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇，同時(shí)考查了電路故障的分析及實(shí)驗(yàn)誤差的分析，這些應(yīng)屬于電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)．