Question

16．小明按如圖所示電路圖做“測量燈泡的電功率”的實驗．實驗室可提供下列器材A．電流表    B．電壓表    C．滑動變阻器R（阻值0〜20Ω）   D．電阻為6Ω的待測燈泡L（電阻不隨溫度變化）   E．電源E（電壓4.5V并保持不變）F．開關S及導線若干
（1）根據(jù)電路圖和實驗室提供的器材，可判斷出：實驗時通過燈泡的最小電流為0.17A；加在燈泡兩端的最大電壓為4.5V；
（2）若小明所選電壓表的量程為0～3V、電流表的量程為0～0.6A，實驗要求測量時通過燈泡的電流至少為電流表滿刻度的三分之一，則測出的燈泡的功率范圍只能是0.24W～1.5W．
（3）小明按電路圖連接好電路后進行實驗，由于電路中某一處有故障，當閉合開關時電壓表無示數(shù)，為查出電路故障，小明進一步觀察并檢查電路．當檢查到電源、開關、電壓表、電流表、導線及其連接都完好時，小明結合前面的現(xiàn)察，就可判斷出電路的故障：
如果小明觀察到電流表無示數(shù)，則故障是滑動變阻器斷路；
如果小明觀察到電流表有示數(shù)，則故障是燈泡短路．
（4）排除故障后，小明繼續(xù)進行實驗，在對測量數(shù)據(jù)的記錄和處理時，他設計了如表表格．你認為這張表格的設計是錯誤（正確/錯誤）的．理由是燈泡在不同電壓下的實際功率不同，求不同電壓下功率的平均值是錯誤的．

次數(shù)	U/V	I/A	P/W	平均值P/W
1
2
3

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，當滑動變阻器阻值全部接入電路時，電路電流最小，由歐姆定律可以求出最小電流；當滑動變阻器接入電路的阻值為零時，燈泡兩端的電壓最大，等于電源電壓．
（2）電路電流最小時，燈泡電功率最小，由電功率公式P=I²R可以求出燈泡最小功率；當燈泡電壓最大，等于電壓表最大示數(shù)時，燈泡功率最大，由電功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可以求出燈泡的最大功率．
（3）由題意知，電源、開關、電壓表、電流表、導線及其連接都完好，不存在電路故障，電路只有一處故障，電路故障只能出現(xiàn)在燈泡或滑動變阻器處；如果電流表無示數(shù)，電壓表無示數(shù)，則可能是滑動變阻器斷路造成的，如果電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，可能是燈泡短路造成的．
（4）燈泡兩端電壓增大，電流增大，功率增大，設計功率的平均值是錯誤的．

解答 解：（1）滑動變阻器接入電路的阻值為滑動變阻器最大阻值時，電路電流最小，
為I_最小=$\frac{U}{{R}_{L}+{R}_{最大}}$=$\frac{4.5V}{6Ω+20Ω}$≈0.17A；
當滑動變阻器接入電路的阻值為零時，加在燈泡兩端的電壓最大，等于電源電壓，為4.5V；
（2）由題意知，流過電路的最小電流等于電流表量程的三分之一，為I_最小=$\frac{1}{3}$×0.6A=0.2A，燈泡的最小功率P_最小=I_最小²R_L=（0.2A）²×6Ω=0.24W，當燈泡兩端電壓等于電壓表最大值3V時，燈泡功率最大，燈泡最大功率P_最大=$\frac{{U}_{最{大}^{2}}}{{R}_{L}}$=$\frac{{（3V）}^{2}}{6Ω}$=1.5W；則燈泡的功率范圍是0.24W～1.5W；   
（3）如果電流表無示數(shù)，則電路存在斷路，電路只有一處故障，故斷路位置可能是燈泡斷路或滑動變阻器斷路，如果燈泡斷路，電壓表與電源兩極相連，電壓表示數(shù)不為零，如果滑動變阻器斷路，電路中無電流，電壓表與電源兩極不能相連，則電壓表示數(shù)為零，由此可見：電路故障是滑動變阻器斷路；如果電流表有示數(shù)，電路不存在斷路，如果燈泡短路，則與燈泡并聯(lián)的電壓表示數(shù)為零，所以電路故障是燈泡斷路；
（4）燈泡電壓增大，電流增大，實際功率增大，燈泡在不同電壓下的實際功率不同，求不同電壓下功率的平均值是錯誤的，設計功率的平均值一欄是錯誤的．
故答案為：（1）0.17；4.5；（2）0.24W～1.5W；（3）電流表無示數(shù)；滑動變阻器斷路；電流表有示數(shù)；燈泡短路；（4）錯誤；燈泡在不同電壓下的實際功率不同，求不同電壓下功率的平均值是錯誤的．

點評 本題考查實物電路的連接、求電路電流、燈泡電阻、電路故障分析、實驗表格設計評價等問題，熟練應用串聯(lián)電路特點、歐姆定律及電功率公式即可順利解答（1）（2）兩問，電路故障有兩種：斷路或短路，分析電路故障時，要根據(jù)電路故障現(xiàn)象，綜合分析從而得出結論．