Question

一個額定電壓是2.5V的小燈泡，正常工作時的電阻約為8Ω．小明想測量它的額定功率，實驗室中有如下器材：電源（電壓恒為6V）、電流表、電壓表、開關各1個，規格分別為“10Ω 1A”和“50Ω 0.5A”的滑動變阻器2個，導線若干．
（1）小明設計了如圖甲所示電路，他應選用規格為________的滑動變阻器．
（2）圖乙是小明根據電路圖連接的實物圖．閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發現小燈泡不亮；經檢查是由于一根導線連接錯誤．請你在圖乙中連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線．閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應放在________端（填“A”或“B”）．
（3）小明正確連線后，繼續實驗．當電壓表的示數為2.5V時，電流表的示數如圖丙所示為________A，小燈泡的額定功率是________W．
（4）實驗結束后，小明整理實驗器材時，發現滑動變阻器的AP部分比PD部分熱，這是因為________．
（5）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
（6）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：________．
（7）小明同學用上述裝置測量標有“3.8V”字樣的待測小電燈的功率，用電壓恒為6V的電源、標有“20Ω  1A”的滑動變阻器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________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．
（8）若電壓表的0～15V量程已損壞，只能使用0～3V量程，其他器材不變，如何測出小電燈的額定功率？①在圖丁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．

電流/A	0.90	0.80	0.50	0.36	0.28	0.22
電阻/Ω	8	10	20	30	40	50

Answer 1

解：（1）燈泡正常發光時，通過其的電流約是I===0.3A，
滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_燈泡=6V-2.5V=3.5V，滑動變阻器接入電路的電阻R===11.7Ω＞10Ω，所以應選擇“50Ω 0.5A”的滑動變阻器；
（2）變阻器與燈泡串聯，如下圖所示：

閉合開關前，應將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，即滑片在B端．
（3）該電流表選的是小量程，其分度值是0.02A，故其示數是0.32A，故其額定功率是：P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（4）據焦耳定律Q=I²Rt可知，AP部分比PD部分的電流相同，通電時間相同，但AP部分的電阻比PD部分的電阻大，故在AP部分所產生的電熱多，故滑動變阻器的AP部分比PD部分熱．
（5）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：D小電燈不亮；
（6）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；
（7）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，故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；
故滑動變阻器接入電路的阻值范圍是4.7Ω～12Ω；
故答案為：（1）50Ω 0.5A；（2）見上圖；（3）0.32A；0.8W；（4）AP部分的電阻比PD部分的電阻大；（5）D；（6）小電燈斷路；閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；（7）1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；7.3；1.5；（8）②4.7；12．
分析：（1）根據串聯電路的特點求出燈泡正常發光時滑動變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，根據這個阻值，判斷選擇哪個滑動變阻器；
（2）開關、滑動變阻器、燈泡串連接入電路，電壓表并聯在電路兩端，故據此分析判斷即可；閉合開關前，應將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處；
（3）先確定電流表的分度值，而后據電流表讀出對應的示數，據公式P=UI可計算出額定功率；
（4）根據焦耳定律分析判斷即可；
（5）電流表與電壓表的位置交換連接，即電壓表串連接入電路，理想電壓表電阻為無窮大，電壓表串連接入電路，電路相當于斷路，電路電流為零，燈泡不發光；
（6）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；
（7）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；
（8）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：本題考查了滑動變阻器的選擇、連接實物圖、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；解題時要認真、細心答題．