Question

小明按如圖所示電路圖做“測(cè)量燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)室可提供下列器材：
A．電流表
B．電壓表
C．滑動(dòng)變阻器R（阻值0～20Ω）
D．電阻為6Ω的待測(cè)燈泡I，（電阻不隨溫度變化）
E．電源E（電壓4.5V并保持不變）
F．開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線(xiàn)若干
（1）根據(jù)電路圖和實(shí)驗(yàn)室提供的器材，可判斷出：實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)燈泡的最小電流為

 

A；
加在燈泡兩端的最大電壓為

 

V；
（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(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)通過(guò)燈泡的電流至少為電流表滿(mǎn)刻度的三分之一．則測(cè)出的燈泡的功率范圍只能是

 

．
（3）小明按電路圖連接好電路后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于電路中某一處有故障，當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)時(shí)電壓表
無(wú)示數(shù)．為查出電路故障，小明進(jìn)一步觀(guān)察并檢查電路．當(dāng)檢查到電源、開(kāi)關(guān)、電壓表、電流表、導(dǎo)線(xiàn)及其連接都完好時(shí)，小明結(jié)合前面的觀(guān)察，就可判斷出電路的故障：
如果小明觀(guān)察到

 

，則故障是

 

；
如果小明觀(guān)察到

 

，則故障是

 

．
（4）排除故障后，小明繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄和處理時(shí)，他設(shè)計(jì)了如下表格．你認(rèn)為這張表格的設(shè)計(jì)是

 

（正確/錯(cuò)誤）的．

次數(shù)	U/V	I/A	P/W	平均值P/W
1
2
3

Answer 1

分析：（1）在電源電壓一定時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片移到右端時(shí)，電路電阻最大，電路電流最�。�
當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片移到左端時(shí)只有燈泡接在電源上，燈泡電壓與電源電壓相等．
（2）當(dāng)電壓表為滿(mǎn)量程的

1

3

時(shí)，電流表的指針是否在

1

3

量程以上．
如果電流表的指針在

1

3

量程到滿(mǎn)量程之間，此時(shí)電壓表示數(shù)為燈泡的最小電壓，根據(jù)P=UI能計(jì)算燈泡的最小功率，否則不符合要求．
當(dāng)電流表為滿(mǎn)量程的

1

3

時(shí)，電壓表的指針是否在

1

3

量程以上．
如果電壓表的指針在

1

3

量程到滿(mǎn)量程之間，此時(shí)電流表示數(shù)為燈泡的最小電流，根據(jù)P=UI能計(jì)算燈泡的最小功率，否則不符合要求．
當(dāng)電壓表為滿(mǎn)量程時(shí)，電流表的指針是否在

1

3

量程以上．
如果電流表的指針在

1

3

量程到滿(mǎn)量程之間，此時(shí)電壓表示數(shù)為燈泡的最大電壓，根據(jù)P=UI能計(jì)算燈泡的最大功率，否則不符合要求．
當(dāng)電流表為滿(mǎn)量程時(shí)，電壓表的指針是否在

1

3

量程以上．
如果電壓表的指針在

1

3

量程到滿(mǎn)量程之間，此時(shí)電流表示數(shù)為燈泡的最大電流，根據(jù)P=UI能計(jì)算燈泡的最大功率，否則不符合要求．
（3）電壓表無(wú)示數(shù)，有三種情況：
一是電壓表并聯(lián)的電路短路，電壓表測(cè)導(dǎo)線(xiàn)，電壓示數(shù)為0；
二是電壓表并聯(lián)以外的地方斷路；
三是電路完好，電壓表壞了．
具體是什么地方斷路，由電流表判斷，
經(jīng)檢查，電源、開(kāi)關(guān)、電壓表、電流表導(dǎo)線(xiàn)完好，連接無(wú)問(wèn)題，問(wèn)題在燈泡與滑動(dòng)變阻器上．
（4）燈泡兩端電壓增大，電流增大，功率增大，設(shè)計(jì)功率的平均值是錯(cuò)誤的．

解答：解：（1）當(dāng)滑片滑到最右端，電路電阻最大為：R=R'+R_L=6Ω+20Ω=26Ω，所以電路最小電流為：I=

U

R

=

4.5V

26Ω

=0.173A．
滑片滑到最左端時(shí)，燈泡兩端電壓最大，等于電源電壓，燈泡電壓為4.5V．
（2）當(dāng)燈泡兩端電壓為1V時(shí)（

1

3

量程），燈泡電流為：I₁=

U1

RL

=

1V

6Ω

=0.16A＜0.2A（

1

3

量程），不符合題意．
當(dāng)燈泡中的電流為0.2A時(shí)（

1

3

量程），燈泡電流為U₁′=I₁′R_L=0.2A×6Ω=1.2V＞1V（

1

3

量程），符合題意，
所以，0.2A為燈泡的最小電流，
所以燈泡最小功率為：P₁=U₁′I₁′=1.2V×0.2A=0.24W．
當(dāng)燈泡中的電流為0.6A時(shí)（滿(mǎn)量程），燈泡電壓為：U₂′=I₂′R_L=0.6A×6Ω=3.6V＞3V（滿(mǎn)量程），不符合題意．
當(dāng)燈泡中的電壓為3V時(shí)（滿(mǎn)量程），燈泡電流為：I₂=

U2

RL

=

3V

6Ω

=0.5A＜0.6A（滿(mǎn)量程），所以3V為燈泡的最大電壓，
所以燈泡最大功率為：P₂=U₂I₂=3V×0.5A=1.5W．
（3）經(jīng)檢查，電源、開(kāi)關(guān)、電壓表、電流表．導(dǎo)線(xiàn)及其連接完好，故障在燈與滑動(dòng)變阻器上，
電壓表無(wú)示數(shù)，電流表無(wú)示數(shù)時(shí)，電路斷路，電壓表并聯(lián)在以外的滑動(dòng)變阻器斷路，
電壓表無(wú)示數(shù)，電流表有示數(shù)時(shí)，電路短路，電壓表測(cè)導(dǎo)線(xiàn)電壓，燈泡短路．
（4）燈泡電壓增大，電流增大，功率增大，設(shè)計(jì)功率的平均值一欄是錯(cuò)誤的．
故答案為：（1）0.173；4.5；（2）0.24W-1.5W；（3）電流表無(wú)示數(shù)；滑動(dòng)變阻器斷路；電流表有示數(shù)  燈泡短路；（4）錯(cuò)誤．

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于移動(dòng)滑片求電路中電流范圍、燈泡電壓變化范圍、燈泡功率范圍的問(wèn)題，既要照顧到電流表，又要照顧到電壓表．都在要求的范圍內(nèi)．
當(dāng)電流表合適時(shí)，求出電壓表的范圍，
當(dāng)電壓表合適時(shí)，求出電流表的范圍，
兼顧電壓表和電流表是很難的問(wèn)題．