Question

按圖示的電路圖做“測量小電燈的功率”的實驗．所用器材有：標有“3.8V”字樣的待測小電燈、電壓恒為6V 的電源、標有“20Ω 1A”的滑動變阻器、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）、開關及導線若干．

（1）某學生在實驗時，把電流表與電壓表的位置交換連接了，閉合開關后會造成______．（填選項前的字母）
A．電流表燒壞　　　　　　B．電壓表燒壞
C．小電燈燒壞　　　　　　D．小電燈不亮
（2）另一學生按圖連接電路后，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，燈不亮，電壓表有較大的示數．經檢查，導線連接完好，則電路故障是：______．排除該故障換用新元件后，閉合開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學生在操作過程中的不當之處是：______．
（3）小明同學按電路圖正確連接電路后，閉合開關，從大到小調節滑動變阻器的阻值，并將正確操作下的電壓表和電流表的示數填入下表．

電壓表的示數U/V	電流表的示數I/A	小電燈的功率P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通過上表數據，可算得小電燈的額定功率為______W，還可得出關于燈絲電阻的結論是：______；
②當小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為______Ω．
③將兩個這樣的相同規格的小電燈串聯后直接接在6V 電源的兩端，兩燈消耗的總功率為______W．
（4）若電壓表的0～15V 量程已損壞，只能使用0～3V 量程，其它器材不變，如何測出小電燈的額定功率？
①在虛線框中畫出測量電路圖；
②若小電燈兩端最大可加4.5V電壓，為保證實驗時你所設計的測量電路中各元件的安全，參照小明的實驗數據，估算滑動變阻器接入電路的阻值范圍應為______Ω～______Ω．

Answer 1

解：（1）把電流表與電壓表的位置交換連接了，電路斷路，電路電流為零，
電流表與小電燈不會燒壞，小電燈不亮，由于電源電壓是6V，小于電壓表量程0～15V，
因此電壓表不會燒壞，所以閉合開關后會造成的現象是：小電燈不亮；故選D．
（2）閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，燈不亮，電壓表有較大的示數；經檢查，導線連接完好，則電路故障是：小電燈斷路；排除該故障換用新元件后，閉合開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學生在操作過程中的不當之處是：閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）①由表中數據知，燈泡額定電壓U=3.8V對應的電流I=0.3A，則燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中數據及R=可知，隨小電燈電壓的增大，小電燈電阻變大，這是因為：隨電壓增大、電流隨之增大，小電燈的實際功率P=UI也增大，燈的溫度升高，由此可見：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②小電燈正常發光時，電壓為額定電壓U_燈=3.8V，由表中數據知，此時電路電流I=0.3A，
由串聯電路特點知，滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈=6V-3.8V=2.2V，
此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑==≈7.3Ω；
③將兩個這樣的相同規格的小電燈串聯后直接接在6V電源的兩端，每個燈兩端的電壓是3V，由表中數據知，電路電流I=0.25A，則兩燈消粍的總功率：P=UI=6V×0.25A=1.5W；
（4）①電源、開關、滑動變阻器、燈泡、電流表組成串聯電路，電壓表并聯在滑動變阻器兩端，電路圖如圖所示：

②a、當電壓表示數為最大值3V時，小電燈兩端的電壓為6V-3V=3V，由表中數據知，電流為0.25A，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑1==12Ω；
b、當小電燈電壓為4.5V時，由表中數據知，電路電流為0.32A，此時滑動變阻器兩端電壓為
6V-4.5V=1.5V，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑2=≈4.7Ω；
則滑動變阻器接入電路的阻值范圍是4.7Ω～12Ω；
故答案為：（1）D；（2）燈L斷路；閉合開關前沒有將滑動變阻器移至最大值；（3）①1.14；燈絲電阻隨溫度升高而增大； ②7.3；③1.5；（4）②4.7Ω～12Ω．
分析：（1）電流表與電壓表的位置交換連接，即電壓表串聯接入電路，理想電壓表電阻為無窮大，電壓表串聯接入電路，電路相當于斷路，電路電流為零，燈泡不發光；
（2）燈不亮，可能是燈泡斷路，或燈泡短路，或燈泡之外電路存在斷路，或電路電阻太大而電路電流太小不足以讓燈泡發光；由電路圖知，滑動變阻器滑片在最左端，滑動變阻器接入電路的阻值為零，只有燈泡接入電路，電路電阻不大，燈泡不發光不是電流太小引起的；只有燈泡接入電路，如果燈泡短路，則電源被短路，電路電流很大，電流表會被燒壞而造成電路斷路，電壓表不能與電源兩極相連，電壓表示數為零，而現在電壓表示數不為零而是有較大示數，所以燈泡不可能短路；綜合分析可知燈不亮的原因是燈泡斷路；
開關閉合后，燈閃亮一下后立即熄滅，說明電路電流太大，電路電阻太小造成的，原因可能是閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）①由表找出燈泡的額定電壓對應的電流，然后由P=UI求出燈泡的額定功率；
由表可知：隨電壓增大，燈泡的阻值增大，可從溫度對電阻的影響分析原因；
②由表找出燈泡正常工作時的電路電流，由串聯電路電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的阻值；
③由串聯電路的電壓特點知，兩個完全相同的燈泡接入電路時，每個燈泡兩端的電壓相等，電源電壓為6V，則每個燈泡兩端的電壓是3V，由表中數據找出3V所對應的電流，然后由P=UI求出兩燈消耗的總功率；
（4）①0～15V量程已損壞，而燈泡額定電壓為3.8V，超過電壓表的另一量程0～3V；電源電壓是6V，燈泡正常發光時，與燈泡串聯的滑動變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，小于電壓表量程0～3V，因此可以用電壓表測滑動變阻器電壓，以便間接測量燈泡電壓，據此作出電路圖；
②根據題意確定滑動變阻器兩端的最大電壓與最小電壓值，由串聯電路特點求出相應的燈泡電壓，由表中數據找出電壓所對應的電流，然后由歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的最大與最小阻值，然后確定其范圍．
點評：本題考查了電路故障分析、求功率、求電阻阻值、設計實驗電路圖等問題，最后一問求滑動變阻器接入電路的阻值范圍有一定難度；解題時一定要認真、細心．