Question

5．在“測(cè)量小燈泡的額定功率”實(shí)驗(yàn)中，已連接的部分電路如圖a所示．圖中電源電壓恒定，小燈泡上只能看到“3.8V”字樣．
（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中的實(shí)物電路連接完整．
（2）故障排除后開始實(shí)驗(yàn)，當(dāng)變阻器滑片滑到圖示位置時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.0V．接著應(yīng)將滑片向右滑動(dòng)，直至燈泡兩端電壓為額定電壓，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖b所示．則燈泡的額定功率為1.52W．
（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表?yè)p壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電流表測(cè)定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)．于是向老師要了一個(gè)阻值為R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)．假如由你來(lái)做該實(shí)驗(yàn)，要求電路只連接一次，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案．
①在答題卡對(duì)應(yīng)的虛線框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)電路圖．
②簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟．（有相應(yīng)的字母表示測(cè)出的物理量）
③寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，且并聯(lián)在燈泡兩端，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）根據(jù)電路圖判斷滑片的移動(dòng)方向；由圖示電流表讀出其示數(shù)，然后由P=UI求出燈泡功率；
（3）實(shí)驗(yàn)器材中沒(méi)有電流表，只有電壓表和定值電阻，可根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)設(shè)計(jì)電路，即燈泡與定值電阻、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)組成電路，利用電壓表分別測(cè)出燈泡和定值電阻兩端電壓以及燈泡兩端的電壓，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使燈泡兩端的電壓達(dá)到額定電壓，然后測(cè)出定值電阻和燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流的特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流即為燈泡的額定電流，利用P=UI表示出燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）測(cè)燈泡功率實(shí)驗(yàn)，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，電流表測(cè)通過(guò)燈泡的電流，實(shí)物電路圖如圖所示：

（2）電壓表示數(shù)為3V小于燈泡額定電壓，為測(cè)燈泡額定電壓，由電路圖可知，應(yīng)向右移動(dòng)滑片，使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V；由電路圖可知，電流表量程為0～0.6A，由圖示電流表可知，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.4A，燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（3）①實(shí)驗(yàn)需要測(cè)出燈泡兩端電壓與通過(guò)燈泡的電流，可以把燈泡與定值電阻串聯(lián)，測(cè)出定值電阻兩端電壓，由歐姆定律求出通過(guò)定值電阻的電流，由于燈泡與定值電阻串聯(lián)，可以求出通過(guò)燈泡的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率，實(shí)驗(yàn)電路圖如圖所示：

②實(shí)驗(yàn)步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
③通過(guò)燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：
（1）見(jiàn)上圖；
（2）右；1.52；
（3）①見(jiàn)上圖；②a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V．
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)操作、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等；對(duì)電表讀數(shù)時(shí)要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)視線要與電表刻度線垂直；最后一問(wèn)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是本題的難點(diǎn)，知道實(shí)驗(yàn)原理、應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律即可正確解題．