Question

某班同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測(cè)定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)．被測(cè)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（電壓約為6V左右）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開(kāi)關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，滑動(dòng)變阻器兩只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω  0.5A）．
（1）請(qǐng)你說(shuō)出在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器所起作用是：

調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡兩端的電壓為額定電壓

．本實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用

0～15V

擋，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

R₂

．（R₁/R₂）
（2）實(shí)驗(yàn)電路接好后，合上開(kāi)關(guān)時(shí)，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下列的情況，請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)象指出故障的可能原因：

①連接好電路，閉合開(kāi)關(guān)后，看到電壓表指針如圖偏轉(zhuǎn)：

所接的電壓表的量程為0～3V或者滑動(dòng)變阻器阻值沒(méi)有調(diào)節(jié)到最大就閉合開(kāi)關(guān)

．
②燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無(wú)示數(shù)．取下燈泡，兩表的示數(shù)不變：

燈泡斷路

．
（3）排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)電壓表的0～15V量程已壞，為了測(cè)小燈泡的額定功率，姚遠(yuǎn)小組只在原方案上作了適當(dāng)改動(dòng)便測(cè)出該燈的額定功率，試在右邊方框內(nèi)畫(huà)出改動(dòng)后的電路圖并簡(jiǎn)要說(shuō)明如何測(cè)量？

調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表的示數(shù)為2.2V，燈泡正常工作；測(cè)出此時(shí)電路中的電流，根據(jù)P=UI即可求出額定功率

．

Answer 1

分析：（1）伏安法測(cè)功率的實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器有兩個(gè)作用：一是保護(hù)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，這個(gè)作用是很重要的．由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在約為6V的電源上，燈泡正常工作時(shí)，求得滑動(dòng)變阻器電壓，求得燈泡正常工作時(shí)的電流，即滑動(dòng)變阻器電流，根據(jù)R=

U

I

計(jì)算需要的滑動(dòng)變阻器的最小電阻．滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流大于電路中的最大電流．
（2）電壓表阻值偏到最大刻度右側(cè)，說(shuō)明選擇量程太小；燈泡不亮可能是燈泡短路或燈泡斷路或燈泡以外的電路斷路；取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以確定故障原因．
（3）根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)，當(dāng)燈泡正常工作時(shí)，求出滑動(dòng)變阻器電壓小于3V，測(cè)滑動(dòng)變阻器電壓，間接得到燈泡的額定電壓．

解答：解：（1）伏安法測(cè)燈泡額定功率時(shí)，滑動(dòng)變阻器的主要作用是移動(dòng)滑動(dòng)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(shí)，電路電流約為，I=

UL

RL

=

3.8V

10Ω

=0.38A，
滑動(dòng)變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動(dòng)變阻器電阻為：R′=

U′

I

=

2.2V

0.38A

≈5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑動(dòng)變阻器的電阻太小，不能滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)需要．
所以選擇“10Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器．
（2）①電壓表的指針偏轉(zhuǎn)到最大值的右側(cè)，所接的電壓表選擇的是0～3V量程．
②燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，把燈泡取下，兩表的示數(shù)不變，所以燈泡斷路．
（3）電源電壓為6V，燈泡和滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，燈泡正常工作時(shí)的電壓為3.8V，則滑動(dòng)變阻器的電壓為6V-3.8V=2.2V＜3V，所以用電壓表0～3V量程時(shí)，并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的電壓為2.2V時(shí)，燈泡正常工作．電路圖如圖．
即測(cè)量過(guò)程為：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表的示數(shù)為2.2V，燈泡正常工作；測(cè)出此時(shí)電路中的電流，根據(jù)P=UI即可求出額定功率．
故答案為：（1）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡兩端的電壓為額定電壓；0～15V；R₂；
（2）①所接的電壓表的量程為0～3V或者滑動(dòng)變阻器阻值沒(méi)有調(diào)節(jié)到最大就閉合開(kāi)關(guān)；燈泡斷路；
（3）改動(dòng)的電路圖如上圖；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表的示數(shù)為2.2V，燈泡正常工作；測(cè)出此時(shí)電路中的電流，根據(jù)P=UI即可求出額定功率．

點(diǎn)評(píng)：解決本題的關(guān)鍵：一是電壓表、滑動(dòng)變阻器的正確使用，二是串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)的靈活運(yùn)用，三是電路故障的判斷．