Question

4．小紅同學(xué)做“測量小燈泡電功率”實驗，小燈泡的額定電壓為3.8V，額定功率約1W左右．

（1）用筆畫線代替導(dǎo)線連接電路圖圖1，要求滑片向右移動時，燈泡變暗．
（2）她正確連接電路，將滑片移到滑動變阻器的某一端，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表、電流表的示數(shù)分別為3V和0.2A，小燈泡的亮度偏暗．然后她向變阻器的另一端移動滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡繼續(xù)變暗；當滑片到達另一端時，電流表、電壓表的示數(shù)如圖2（a）、（b）所示．小紅在器材選擇以及操作過程中存在的問題分別是：選擇的電源電壓太小和閉合開關(guān)前，滑片沒移到阻值最大處．她所使用的變阻器的最大阻值為20Ω．
（3）經(jīng)過思考分析，她改正了上述問題．為了準確測出小燈泡的額定功率，她還改進電路并進行實驗．當移動變阻器的滑片到中點位置時，觀察到小燈泡正常發(fā)光．此時電壓表指針恰好位于某一刻度線上時，電流表的示數(shù)為0.22A，則電源電壓為6V，小燈泡的額定功率為0.836W．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器向右移動燈泡變暗，說明滑動變阻器接了左下接線柱；小燈泡額額定電壓為3.8V，因此電壓表的量程為0～3V的量程；
（2）電源電壓應(yīng)大于燈泡額定電壓，閉合開關(guān)前，滑動變阻器滑片應(yīng)置于阻值最大處；
將滑片移到滑動變阻器的另一端，閉合電鍵，小燈泡的亮度偏暗，然后她向變阻器的另一端移動滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡繼續(xù)變暗，小燈泡繼續(xù)變暗說明電路電流繼續(xù)減小，滑動變阻器接入電路的阻值逐漸變大，說明閉合開關(guān)時，滑動變阻器接入電路的阻值為零，閉合開關(guān)時電壓表示數(shù)等于電源電壓；
根據(jù)電壓表與電流表示數(shù)，由歐姆定律可以求出燈泡阻值；由圖示電表確定其量程與分度值，讀出其示數(shù)，由串聯(lián)電路特點與歐姆定律可以求出滑動變阻器阻值．
（3）燈泡額定電壓電壓是3.8V，如果電壓表與燈泡并聯(lián)，如果用小量程，燈泡正常發(fā)光時超過其量程，則電壓表應(yīng)該用大量程，大量程的分度值是0.5V，燈泡額定電壓是3.8V，燈泡正常發(fā)光時，電壓表指針不可能指在刻度線上，因此電壓表應(yīng)該與滑動變阻器并聯(lián)，且電壓表選用小量程；
由題意知，電流為0.2A時燈泡發(fā)光較暗，因此燈泡正常發(fā)光時的電流應(yīng)大于0.2A，
根據(jù)串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出電源電壓、燈泡正常發(fā)光時的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率．

解答 解：（1）滑動變阻器向右移動燈泡變暗，說明滑動變阻器接了左下接線柱；小燈泡額額定電壓為3.8V，因此電壓表的量程為0～15V的量程，如圖所示：

（2）由題意可知，電源電壓為3V，燈泡額定電壓是3.8V，所選電源電壓太�。�
由題意可知，閉合開關(guān)時滑動變阻器接入電路的阻值為零，這是錯誤的，閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片應(yīng)置于最大阻值處；
電源電壓是3V，電壓表量程應(yīng)該為0～3V，由圖示電壓表可知，其分度值是0.1V，示數(shù)為1V，
由圖示電流表可知其示數(shù)為0.1A，由串聯(lián)電路特點可知，滑動變阻器電壓為3V-1V=2V，
由I=$\frac{U}{R}$可得滑動變阻器最大阻R_滑最大=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{0.1A}$=20Ω．
（3）由題意可知，電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，滑動變阻器滑片在中點，
則滑動變阻器接入電路的阻值為：R=$\frac{{U}_{滑最大}}{2}$=$\frac{20Ω}{2}$=10Ω，電源電壓是1.5V的整數(shù)倍，
①如果電源電壓為4.5V，則燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器兩端電壓為4.5V-3.8V=0.7V，
電路電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{0.7V}{10Ω}$=0.07A＜0.2A，燈泡不能正常發(fā)光；
②如果電源電壓為6V，燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，
電路電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.2V}{10Ω}$=0.22A，燈泡能正常發(fā)光，燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.22A=0.836W；
③如果電源電壓為7.5V，燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器電壓為7.5V-3.8V=3.7V，此時電路電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.7V}{10Ω}$=0.37A，
由I=$\frac{U}{R}$可得此時燈泡電阻R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.37A}$≈10.27Ω＜15Ω，燈泡電阻隨溫度升高而增大，燈泡電阻不能小于15Ω，故電源電壓不能為7.5V．
所以電源電壓可能為：6V，燈泡額定功率可能為0.836W．
故答案為：
（1）見上圖；（2）電源電壓太��；閉合開關(guān)前，滑片沒有移到阻值最大處；20；（3）6；0.836．

點評 本題考查了實驗操作分析、求滑動變阻器阻值、求電源電壓與燈泡額定功率等問題，由于不知道電源電壓，本題難度較大，要根據(jù)題意進行推理，然后答題，解題時注意討論．