Question

5．小明為測量小燈泡正常發(fā)光時的電功率，設計了圖1所示的電路圖．已知電源電壓為6V，燈泡的額定電壓為3.8V，滑動變阻器標有“20Ω 1A”字樣．

（1）閉合開關S前，滑片P應滑到最右端．（選填“左端”或“右端”）
（2）圖2是小明根據(jù)電路圖連接的實物圖．閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度不變；經檢查，是由于一根導線連接錯誤．請你在實物圖中連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線．
（3）正確連接電路后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)．任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數(shù)不變約為6V．故障原因是燈泡斷路．
（4）小明排除故障后，繼續(xù)實驗．移動滑動變阻器使電壓表的示數(shù)為3.8V時．電流表的示數(shù)（如圖4所示），小燈泡的額定功率是1.216W．
（5）在實驗過程中，小明發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)和電流表的示數(shù)不成正比，原因是燈絲電阻隨溫度的升高而增大．
（6）小明完成上述實驗后，小紅發(fā)觀電流表已壞，她利用剩余器材和老師又給的兩個開關S₁、S₂一個定值電阻R₀及導線，也完成了對小燈泡額定功率的測量．圖5是小紅完成實驗設計的電路圖，請補充實驗步驟和表達式．
①閉合開關S、S₁，移動滑片使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V，使燈泡正常發(fā)光；
②保持滑片位置不變，斷開開關S₁，閉合開關S₂，讀出電壓表示數(shù)U；
③P_額=$\frac{6V}{U-6V}•{R}_{0}$．

Answer 1

分析 （1）連接電路時，應斷開開關；閉合開關前滑片應置于阻值最大處．
（2）電壓表內阻很大，應與被測電路并聯(lián)，如果電壓表串聯(lián)在電路中，電路斷路，據(jù)此分析電路圖答題．
（3）電流表無示數(shù)，電壓表指針有偏轉，說明電路是斷路，問題出在與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路；
（4）當電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓時，燈泡正常發(fā)光；由圖示電流表確定其量程與分度值，讀出其示數(shù)，根據(jù)P=UI求出燈泡功率．
（5）燈泡電阻受溫度影響，隨溫度升高而增大；
（6）把燈泡與定值電阻串聯(lián)，應用串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時的電流，然后由電阻公式求出燈泡正常發(fā)光時的電阻．

解答 解：（1）連接電路時，應將開關斷開．閉合開關前，滑動變阻器的滑片應置于右端，此時滑動變阻器接入電路的阻值最大．
（2）與圖乙所示電路圖可知，電壓表串聯(lián)在電路中，電路斷路，燈泡不發(fā)光；電壓表應并聯(lián)在燈泡兩端，電路圖如圖所示．

因為燈泡與滑動變阻器并聯(lián)，并聯(lián)電路各個支路互不影響，故滑片移動時，燈泡的亮度不變；
（3）正確連接好電路后，閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，可能電路存在開路或電壓表與小燈泡并聯(lián)部分短路，
電壓表指針偏轉，電流表指針沒有偏轉，說明電路存在開路；
綜上所述，產生此故障的原因可能是小燈泡開路；
（4）調節(jié)滑動變阻器，當電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8時，燈泡正常發(fā)光；由電路圖可知，電流表量程為0～0.6A，由圖丙所示電流表可知，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.32A，根據(jù)P=UI=3.8V×0.32A=1.216W；
（5）由于燈絲的電阻受溫度影響，隨燈泡溫度升高而增大，所以通過小燈泡的電流與其兩端的電壓不成正比；
（6）①閉合開關S、S₁，移動滑片使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓3.8V，使燈泡正常發(fā)光；
②保持滑片位置不變，斷開開關S₁，閉合開關S₂，讀出電壓表示數(shù)U，則電阻R₀兩端電壓U₀=U-U_L=U-6V；
③電路電流I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，燈泡正常發(fā)光時的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}}$=$\frac{3.8V}{U-3.8V}•{R}_{0}$
故答案為：（1）右端；（2）如上圖；亮度不變；（3）燈泡斷路；（4）3.8；1.216；（5）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（6））①閉合開關S、S₁，移動滑片使電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓6V，使燈泡正常發(fā)光；
②保持滑片位置不變，斷開開關S₁，閉合開關S₂，讀出電壓表示數(shù)U；③$\frac{3.8V}{U-3.8V}•{R}_{0}$．

點評 本題考查了修改電路圖、實驗注意事項、電表讀數(shù)、求電阻、影響燈絲電阻的因素特殊的測電阻的方法等問題；對電表讀數(shù)時，要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時視線要與電表刻度線垂直