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）、開關各一個，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）電壓表應選用________擋，滑動變阻器應選用________（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）．
（2）請你根據電路圖用筆畫線代替導線，幫他將圖2中未完成的電路連接好（要求：滑動變阻器的滑片向左移動時，連入電路的阻值變小，導線不能交叉）．小明連接電路時，開關應________，滑動變阻器滑片應移動到________端（選填“左”或“右”）．
（3）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

（4）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=（1.08+1.52+1.89）/3 =1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老師認為該小組數據處理過程有誤，你認為錯誤之處是________，正確測量結果P_額=________W．

Answer 1

解：（1）燈泡的額定電壓為3.8V，所以電壓表選擇0～15V量程；
燈泡正常工作時，電路電流約為I===0.38A，電流表的量程為0～0.6A；
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，“500Ω 1A”的阻值太大，不宜調節；
所以選擇“10Ω 0.5A”的滑動變阻器．
（2）電壓表的量程為0～15V，且與燈泡并聯；電流表的量程為0～0.6A，且與燈泡串聯；滑動變阻器按一上一下的原則串聯電路中，且把左下方接線柱與燈泡連接．如下圖所示：

小明連接電路時，為保護電路，開關應斷開，滑動變阻器滑片應移動到最大阻值的右端．
（3）①燈泡較暗，電路電流太小，電路電阻太大；移動滑動變阻器滑片，亮度不變，則滑動變阻器接下面兩接線柱．
②燈泡不亮，燈泡斷路、短路或燈泡之外電路斷路；電流表無示數，電路斷路；電壓表示數較大，電壓表與電源兩端連接，電壓表并聯部分之外無斷路，綜合分析知，電路故障原因是：燈泡斷路．如表所示：

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	滑動變阻器接下面兩接線柱
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	燈泡斷路

（4）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．
故答案為：（1）0～15V；R₂；（2）如圖所示；斷開；右；（3）如上表所示；（4）求平均值一欄；1.52．
分析：（1）根據燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，根據歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值確定電流表的量程；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，根據歐姆定律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）由電路圖可知，電壓表與燈泡并聯，電流表與與燈泡串聯；滑動變阻器按一上一下的原則串聯電路中，滑片向左移動時，連入電路的阻值變小說明滑動變阻器的左下方接下柱接入電路；為防止電路中電流過大燒壞電路原件，保護電路的開關應斷開，滑動變阻器處于最大阻值處．
（3）①燈泡較暗，電路電流太小，電路電阻太大，移動滑動變阻器滑片，亮度不變，滑動變阻器接下面兩接線柱．
②燈泡不亮，燈泡斷路、短路或燈泡之外電路斷路；電流表無示數，電路斷路；電壓表示數較大，電壓表與電源兩端連接，電壓表并聯部分外無斷路，綜合分析可知電路故障原因．
（4）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．
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、實驗表格的設計和實驗的注意的事項等，連接實物圖選擇電壓表、電流表量程時要注意，根據燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，根據電路最大電流選擇電流表量程．