Question

3．“測(cè)量小燈泡額定功率”的分組實(shí)驗(yàn)的器材有：電壓足夠大的電源、10Ω的定值電阻R₀、額定電壓為12V的小燈泡L（估計(jì)其功率約30W左右）、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器R、開(kāi)關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線若干．

（1）小明和小強(qiáng)設(shè)計(jì)的電路圖均如圖a所示，請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將實(shí)物電路b補(bǔ)充完整，當(dāng)滑片向右移動(dòng)時(shí)，電路中的電流減小．
（3）小明正確連接電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器燈泡都不亮，電流表沒(méi)有示數(shù)，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，可以判斷燈泡斷路．
（3）小明排除電路故障后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的指針如圖c所示，則小燈泡的額定功率為
28.8W．
（4）小明調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器測(cè)出多組數(shù)據(jù)，作出小燈泡的I-U關(guān)系圖象如圖d所示，這個(gè)曲線圖象說(shuō)明
燈絲的電阻隨溫度升高而增大．
（5）另一組的小強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中損壞了電流表，但他利用余下的器材，在原電路的基礎(chǔ)上稍作改動(dòng)完成了實(shí)驗(yàn)，并測(cè)出了小燈泡L正常發(fā)光的電阻．小強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案得到老師的充分肯定，若你就是小強(qiáng)，應(yīng)如何完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)．）
①請(qǐng)?jiān)谠�電路圖e中畫(huà)出小強(qiáng)改動(dòng)的電路．
②寫(xiě)出簡(jiǎn)要的步驟及需測(cè)量的物理量．
③用測(cè)量的物理量寫(xiě)出小燈泡L正常發(fā)光的電阻的表達(dá)式．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程，把電壓表并聯(lián)在燈泡兩端即可完成電路連接，根據(jù)I=$\frac{P}{U}$計(jì)算出額定電流，確定出電流表的量程，滑動(dòng)變阻器按一上一下的接，右移電流減小，電阻增大，湖滑動(dòng)變阻器接左下接線柱．
（2）常見(jiàn)的電路故障有：斷路與短路兩種，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因；
（3）由圖b所示電路圖確定電流表量程，由圖c所示電流表確定電流表分度值，讀出電流表示數(shù)，然后由電功率公式P=UI求出燈泡功率；
（4）由電路圖可知燈絲的電阻隨溫度升高而增大；
（5）電流表?yè)p壞，用電壓表測(cè)出定值電阻兩端電壓，求出電路電流，然后求出燈泡功率，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路．

解答 解：（1）燈泡額定電壓是12V，電壓表應(yīng)選0～15V量程，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，燈泡的電流為I=$\frac{P}{U}$=$\frac{30W}{12V}$=2.5A，故電流表的量程為0～3A，滑動(dòng)變阻器按一上一下的接，右移電流減小，電阻增大，湖滑動(dòng)變阻器接左下接線柱．電路圖如圖甲所示．

（2）如果燈泡斷路，電路斷路，電路電流為零，電流表無(wú)示數(shù)，燈泡不亮，電壓表接在電源兩端，電壓表示數(shù)等于電源電壓．
（3）由圖b電路圖可知，電流表量程是0～3A，由圖3所示電流表可知，電流表分度值是0.1A，電流表示數(shù)是2.4A；
燈泡額定功率P=UI=12V×2.4A=28.8W．
（4）U-I圖象不是直線說(shuō)明電流與電壓不成正比，是因?yàn)闊艚z的電阻隨溫度升高而增大；
（5）①電路如圖：
②a．如圖接好電路，V表先與L并聯(lián)，并調(diào)節(jié)滑片P使V表為12Vb．不移動(dòng)滑片P，改V表與R₀并聯(lián)，示數(shù)為U₀
③R_L=12V•R₀/U₀$\frac{12V•{R}_{0}}{{U}_{0}}$．
燈泡與定值電阻、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表分別測(cè)燈泡電壓、燈泡與定值電阻的串聯(lián)電壓，電路圖如圖乙所示．
故答案為：（1）如上圖；（2）斷路；（3）28.8；（4）燈絲的電阻隨溫度升高而增大；
（5）
①
②a．如圖接好電路，V表先與L并聯(lián)，并調(diào)節(jié)滑片P使V表為12Vb．不移動(dòng)滑片P，改V表與R₀并聯(lián)，示數(shù)為U₀
③R_L=$\frac{12V•{R}_{0}}{{U}_{0}}$

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接電路圖、電路故障分析、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)等問(wèn)題，有一定難度；連接電路圖時(shí)，注意電壓表量程的選擇；應(yīng)用串聯(lián)電路電流相等的特點(diǎn)、串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖的關(guān)鍵．