Question

某班同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測(cè)定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)．被測(cè)小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓約為6V左右）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V），開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，滑動(dòng)變阻器兩只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω  0.5A）．
（1）請(qǐng)你說出在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器所起作用是：

調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡兩端的電壓為額定電壓

．
本實(shí)驗(yàn)中電壓表應(yīng)選用

0～15V

擋，滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用

R₂

．（R₁/R₂）
（2）實(shí)驗(yàn)電路接好后，合上開關(guān)時(shí)，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下列的情況，請(qǐng)根據(jù)現(xiàn)象指出故障的可能原因：

①連接好電路，閉合開關(guān)后，看到電壓表指針如上圖偏轉(zhuǎn)：

所接的電壓表的量程為0～3V或者滑動(dòng)變阻器阻值沒有調(diào)節(jié)到最大就閉合開關(guān)

．
②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：

燈泡斷路

．
（3）排除故障后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)電壓表的0～15V量程已壞，為了測(cè)小燈泡的額定功率，姚遠(yuǎn)小組設(shè)計(jì)了另一種實(shí)驗(yàn)方案．（電阻R的阻值已知，電源電壓未知）
①電路如圖所示，連接好電路；

②開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開關(guān)S拔到位置2，滑片位置不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I₂．
先算出燈泡的電阻和R兩端電壓，再根據(jù)P₀=

U02

RL

，計(jì)算燈泡的額定功率．他們按此方案測(cè)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值相差較大，仔細(xì)分析后，他們認(rèn)為要準(zhǔn)確測(cè)出燈泡的額定功率，只需將上述步驟②改為

開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為

3.8V

R

時(shí)為止

．

Answer 1

分析：（1）伏安法測(cè)功率的實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器有兩個(gè)作用：
一是保護(hù)電路．二是改變燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端電壓為額定電壓，這個(gè)作用是很重要的．
由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．
燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在約為6V的電源上，燈泡正常工作時(shí)，求得滑動(dòng)變阻器電壓，求得燈泡正常工作時(shí)的電流，即滑動(dòng)變阻器電流，根據(jù)R=

U

I

計(jì)算需要的滑動(dòng)變阻器的最小電阻．
滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．
滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流大于電路中的最大電流．
（2）電壓表阻值擺到最大刻度右側(cè)，說明選擇量程太小．
（3）燈泡不亮可能是燈泡短路或燈泡斷路或燈泡以外的電路斷路．取下燈泡，兩表示數(shù)不變，可以確定故障原因．
（4）測(cè)燈泡的額定功率，一定要使燈泡在額定電壓下工作，利用P=

(3.8V)2

R

計(jì)算燈泡的額定功率．
燈泡在不同電壓下，燈絲溫度不同，電阻大小不同，計(jì)算額定功率必須用3.8V時(shí)的電阻，用其它電壓下的電阻會(huì)出現(xiàn)較大的誤差．

解答：解：（1）伏安法測(cè)燈泡額定功率時(shí)，滑動(dòng)變阻器的主要作用是移動(dòng)滑動(dòng)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(shí)，電路電流約為，I=

UL

RL

=

3.8V

10Ω

=0.38A，
滑動(dòng)變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動(dòng)變阻器電阻為：R′=

U′

I

=

2.2V

0.38A

=5.8Ω．
“5Ω  0.5A”滑動(dòng)變阻器的電阻太小，不能滿足實(shí)驗(yàn)需要．
所以選擇“10Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器．
（2）①電壓表的指針偏轉(zhuǎn)到最大值的右側(cè)，所接的電壓表選擇的是0～3V量程．
②燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電路斷路，電壓表示數(shù)較大，把燈泡取下，兩表的示數(shù)不變，所以燈泡斷路．
（3）開關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P至任一位置，測(cè)出電流I₁，
開關(guān)S撥到位置2，滑片位置不變，測(cè)出電流I₂．
這種情況測(cè)出的燈泡的電阻與燈泡在3.8V時(shí)的電阻不同，
利用P=

(3.8V)2

R

計(jì)算額定功率是有較大的誤差．
實(shí)驗(yàn)應(yīng)該改為，開關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表的示數(shù)為

3.8V

R

時(shí)為止．
故答案為：（1）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使小燈泡兩端的電壓為額定電壓；0～15V；R₂；（2）所接的電壓表量程為0～3V；燈泡斷路；（3）開關(guān)S拔到位置1，移動(dòng)滑片P直到電流表示數(shù)為

3.8V

R

時(shí)為止．

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了三個(gè)知識(shí)點(diǎn)：
（1）滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇：選擇滑動(dòng)變阻器同時(shí)考慮電阻和電流，滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流大于電路的最大電流，滑動(dòng)變阻器的電阻稍大于電路中需要的滑動(dòng)變阻器的電阻．
（2）燈泡不亮可能是燈泡斷路或燈泡以外的地方斷路或燈泡短路，燈泡斷路時(shí)，電路斷路，電路中沒有電流，電流表無示數(shù)，電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表測(cè)量電源電壓；
燈泡短路時(shí)，電路總電阻減小，電路電流增大，電流表示數(shù)增大，電壓表測(cè)量導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0．
燈泡以外的地方斷路，整個(gè)電路都處于斷開狀態(tài)，燈泡不亮，電壓表和電流表都沒有示數(shù)．
（3）通過實(shí)驗(yàn)誤差分析，考查了燈絲不同溫度下電阻大小不同．