Question

某班同學(xué)到實驗室做“測定小燈泡額定功率”的實驗．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A　0～3A）、電壓表（0～3V　0～15V）、開關(guān)各一個，導(dǎo)線若干，滑動變阻器三只：R₁（5Ω　0.5A）、R₂（10Ω 0.5A）、R₃（500Ω　1A）．同學(xué)們設(shè)計的電路如圖所示：
（1）電壓表應(yīng)選用________擋，滑動變阻器應(yīng)選用________（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”）
（2）實驗電路接好后，合上開關(guān)時，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，請根據(jù)現(xiàn)象和檢測結(jié)果指出故障的可能原因：

故障現(xiàn)象	檢測	故障原因
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變
燈泡不亮、電壓表示數(shù)較大、電流表無示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變

（3）下表為某小組的實驗記錄分析表：

實驗序號	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	功率/W	額定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P額==1.50
2	3.8	0.4	1.52
3	4.5	0.42	1.89

老師認(rèn)為該小組數(shù)據(jù)處理過程有誤，你認(rèn)為錯誤之處是：________，正確測量結(jié)果P_額=________W．
（4）在科學(xué)探究過程中，經(jīng)常需要多次試驗．如在本實驗中，若進(jìn)一步綜合分析實驗數(shù)據(jù)，你能發(fā)現(xiàn)________，可見這里的多次試驗是為了發(fā)現(xiàn)不同現(xiàn)象背后的共同規(guī)律；有的多次試驗是為了求平均值以減小實驗誤差，如：________（填實驗名稱）．

Answer 1

解：（1）伏安法測燈泡額定功率時，滑動變阻器的主要作用是移動滑動變阻器的滑片，使燈泡在額定電壓下工作．
燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表選擇0～15V量程．
燈泡正常工作時，電路電流約為，I===0.38A，
滑動變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動變阻器電阻為：R′==≈5.8Ω．
“5Ω 0.5A”滑動變阻器的電阻太小，“500Ω 1A”滑動變阻器的電阻太大，不能滿足實驗需要．
所以選擇“10Ω 0.5A”的滑動變阻器．
（2）燈泡較暗，兩表示數(shù)較小，電源電壓不變電路電阻較大，移動滑片，現(xiàn)象都不改變，所以滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱．
燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電流斷路，電壓表有較大示數(shù)，取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以斷定燈泡斷路．
（3）由于燈泡的實際功率不是定值，所以不能通過求平均值的方法來求功率；該小組數(shù)據(jù)處理過程是錯誤的；
額定功率等于燈泡正常工作時的實際功率，即實際電壓為3.8V時的實際功率1.52W．
（4）本實驗進(jìn)行多次測量的目的是為了找到普遍規(guī)律，即小燈泡實際功率隨實際電壓的增大而增大；伏安法測量定值電阻的阻值進(jìn)行多次測量的目的是減小誤差．
故答案為 （1）0～15V，R₂；（2）滑動變阻器同時接到下面兩個接線柱，燈泡斷路；
（3）額定功率不應(yīng)求平均值，1.52；（4）小燈泡實際功率隨實際電壓的增大而增大 測量定值電阻的阻值．
分析：（1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程；根據(jù)燈泡正常工作時，滑動變阻器的電壓和燈泡正常工作時的電流計算需要的滑動變阻器的最小電阻．按照滑動變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻，同時滑動變阻器允許通過的最大電流應(yīng)大于電路中的最大電流的原則選擇．
（2）燈泡較暗，電路電流較小，電路電阻較大，移動滑片，燈泡亮度、電壓表和電流表的示數(shù)都不變，滑動變阻器不能改變電路電阻，并且電路電阻很大，可以判斷故障原因．
燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，電壓表與電源接通，取下燈泡，電壓表和電流表的示數(shù)不變，可斷定燈泡斷路．
（3）由于燈泡的實際功率不是定值，所以不能求平均值；當(dāng)燈泡在額定電壓下，燈泡正常工作時的實際功率等于燈泡的額定功率．
（4）該實驗多次測量是為了尋找普遍規(guī)律，伏安法測電阻也是采用同樣的方法；測量未知電阻時，多次測量求平均值的目的是減小誤差的．
點評：電壓表量程根據(jù)燈泡的額定電壓或電源電壓最小值來確定，電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端．注意滑動變阻器有4個接線柱，選擇一上一下接線柱接入電路，使滑動變阻器串聯(lián)在電路中．
電路故障的判斷時，注意電壓表示數(shù)較大表明電路中的通路部分是哪些．
掌握多次測量在不同實驗中有不同的作用，比如測量電功率時是為了找規(guī)律，而伏安法測電阻時多次測量是為了減小誤差．