Question

8．測量“小燈泡的電功率”，小燈泡的額定電流為0.3A，燈絲阻值在10Ω～15Ω之間，所提供的器材有：電流表、電壓表、電源（電壓恒為6V）、開關(guān)各一個，滑動變阻器（“5Ω，2A”、“20Ω，1A”）兩個，導(dǎo)線若干．

（1）小明沒有連接完的實物電路，如圖1所示，請你用筆畫線代替導(dǎo)線將實物圖補充完整．
（2）小明選用的滑動變阻器的規(guī)格為20Ω 1A．
（3）閉合開關(guān)，移動滑片，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.3A時，電壓表示數(shù)如圖2所示，讀數(shù)為4V，小燈泡的額定功率為1.2W．
（4）小紅沒用電壓表，但多用了一個開關(guān)，其它器材與小明的相同，也測出了小燈泡的額定功率．
①請在圖3虛線框內(nèi)畫出她設(shè)計的電路圖．
②寫出實驗步驟：實驗步驟Ⅰ、按電路圖2連接實物電路圖，并將滑動變阻器滑片調(diào)到阻值最大處；
Ⅱ、閉合開關(guān)S₁、斷開S₂，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.3A；
Ⅲ、滑片位置不動，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
Ⅳ、求燈泡額定功率．．
③寫出測定額定功率的表達式：P_額=0.3A×（6V-$\frac{1.8A}{I}$V）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)定律求出燈兩端的電壓值范圍確定電壓表量程與燈并聯(lián)；
（2）求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值，根據(jù)該阻值選擇滑動變阻器．
（3）根據(jù)電壓表量程由圖2所示電壓表確定其分度值，讀出電壓表示數(shù)，由P=UI求出燈泡額定功率；
（4）沒用電壓表，要測量小燈泡的額定功率，關(guān)鍵要測出燈正常發(fā)光時的電壓大小，
將燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，用電流表測流過電路的電流，通過移動的滑片，當(dāng)電流表示數(shù)為0.3A時，燈正常發(fā)光；
保持滑片位置不動，然后利用開關(guān)將燈短路，再測出此時通過變阻器的電流I，則在電源電壓已知的情況下，由歐姆定律，可求出燈正常發(fā)光時的變阻器連入電路中的電阻大小；
在第一次操作中，由歐姆定律，可求出燈正常發(fā)光時變阻器的電壓大小，由串聯(lián)電路電壓的特點，求出燈的額定電壓，然后由P=UI求出燈泡額定功率．

解答 解：（1）電路電流為燈泡額定電流0.3A時，燈絲阻值在10Ω～15Ω之間，由U=IR可知，燈泡兩端電壓約為
3V～4.5V，電壓表選用大量程，實物圖的連接如下圖1，

（2）此時，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈=6V-U_燈，
滑動變阻器兩端電壓約為3V-1.5V，小燈泡的額定電流為0.3A，由R=$\frac{U}{I}$可知，此時滑動變阻器接入電路的阻值約為10Ω-5Ω，則滑動變阻器應(yīng)選擇“20Ω 1A”；
（3）電壓表量程是0～15V，由圖乙可知，電壓表分度值是0.5V，電壓表示數(shù)是4V，
燈泡額定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（4）①電路圖如圖2所示；
②：Ⅰ、按電路圖2連接實物圖：

Ⅱ、閉合開關(guān)S₁、斷開S₂，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.3A；
Ⅲ、滑片位置不動，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
Ⅳ、求燈泡額定功率．
③燈泡額定功率：
a、滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}=\frac{6V}{I}$；
b、滑動變阻器兩端的電壓U_滑=0.3A×R_滑=0.3A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{1.8A}{I}$V；
c、燈泡兩端電壓U_燈=U-U_滑=6V-$\frac{1.8A}{I}$V；
d、燈泡額定功率P_額=I_燈U_燈=0.3A×（6V-$\frac{1.8A}{I}$V）
故答案為：
（1）如圖1所示；
（2）“20Ω1A”
（3）4；1.2；
（4）①如圖2所示；
②斷開開關(guān)，按照電路圖連接好實物，并將滑動變阻器滑片調(diào)到阻值最大處；
②Ⅰ、按電路圖2連接實物電路圖，并將滑動變阻器滑片調(diào)到阻值最大處；
Ⅱ、閉合開關(guān)S₁、斷開S₂，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.3A；
Ⅲ、滑片位置不動，閉合開關(guān)S₁、S₂，讀出電流表示數(shù)I；
Ⅳ、求燈泡額定功率．
③0.3A×（6V-$\frac{1.8A}{I}$V）

點評 本題考查了連接電路圖、實驗器材的選擇、電壓表讀數(shù)、求燈泡功率等及設(shè)計實驗方案的能力，綜合性強，難度大，為壓軸題．