Question

【題目】小樂同學(xué)按如圖甲所示的電路圖，探究“小燈泡的亮度和實(shí)際電功率的關(guān)系”。可用器材：標(biāo)有“2.5V”字樣的燈泡、電壓恒為4.5V的電源、滑動(dòng)變阻器R1“20Ω 1A”、R2“50Ω 1A”、R3“100Ω 0.1A”、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）

（1）請根據(jù)如圖中的電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線將如圖的實(shí)物連接成完整電路（導(dǎo)線不允許交叉）。

（________）

（2）小樂按照正確步驟操作后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，接下來小樂應(yīng)該_______

(填選項(xiàng)前的字母)。

A．更換小燈泡 B．檢查電路是否開路 C．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光

（3）正確操作后，小樂閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，電壓表示數(shù)為2.2V，若要燈泡正常發(fā)光，則應(yīng)向______（選填“A”或“B”）端移動(dòng)滑片，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)為0.3A，小燈泡的額定功率為_________W。

（4）小樂又陸續(xù)測量出了燈泡在不同電壓下對應(yīng)的電流，并填入下表。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，小樂選擇的滑動(dòng)變阻器________是（選填“R1”、“R2”或“R3”）。若將這樣兩個(gè)完全相同的小燈泡串聯(lián)在電壓為2V的電源上，則電路的總功率為______W。

電壓表的示數(shù)U/V	電流表的示數(shù)I/A	燈泡亮度
0.5	0.1	暗
1.0	0.2	較暗
1.5	0.26	較亮
2.5	0.3	亮

（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，小樂得出結(jié)論：小燈泡的實(shí)際功率越________（選填“大”或“小”），燈泡越亮。

（6）同組的小越還想探究“電壓一定時(shí)，電流與電阻的關(guān)系”，于是將電路中的小燈泡換成阻值分別為

10Ω、8Ω、5Ω、2Ω的定值電阻，滑動(dòng)變阻器選用R1“20Ω 1A”，電流表量程改接為0～3A，其余連接不變。在實(shí)驗(yàn)中，將定值電阻依次接入電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器（接入阻值不為零）使定值電阻兩端的電壓保持U0不變，為了能夠順利得到4組I、R數(shù)據(jù)，該電壓U0的取值范圍是__________。

Answer 1

【答案】 C A 0.75 R2 0.4 大 0.5V≤U表≤1.5V

【解析】

（1）根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路，滑動(dòng)變阻器與電阻串聯(lián)，要接一上一下，電壓表與小燈泡并聯(lián)，根據(jù)小燈泡兩端的額定電壓，判斷電壓表的量程；
（2）燈泡實(shí)際功率太小，燈泡可能不發(fā)光，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作；
（3）燈泡兩端電壓由2.2V增大到2.5V，燈泡電流要增大，需要減小電路電阻，減小滑動(dòng)變阻器的電阻；知道電壓和電流，根據(jù)P=UI計(jì)算功率。
（4）根據(jù)串聯(lián)的特點(diǎn)，可求滑動(dòng)變阻器的阻值；兩個(gè)完全相同的小燈泡串聯(lián)在電壓為2V的電源上，電壓為1V，由圖可得電流，再根據(jù)P=UI可求；
（5）根據(jù)表中數(shù)據(jù)得到燈泡的亮度與實(shí)際功率的關(guān)系；
（6）根據(jù)電流表量程，確定電路中的最大電流，由歐姆定律和串聯(lián)電阻的規(guī)律求出變阻器連入電路的最小電阻；根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理，對變阻器連入電路的最小電阻和最大電阻分類討論，從而確定電壓表允許的取值范圍。

（1）由電路圖知，燈泡的額定電壓是2.5V，電壓表選擇小量程，需將電壓表與小燈泡并聯(lián)；滑動(dòng)變阻器與小燈泡串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器已接了上面一個(gè)接線柱，可再接下面左接線柱，如圖所示：

（2）閉合開關(guān)，小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，說明電路不存在斷路，燈泡不亮可能是電路電阻太大，燈泡實(shí)際功率太小造成的，應(yīng)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光，故選C；

（3）電壓表測燈泡電壓，要測燈泡的額定功率，應(yīng)使燈泡兩端電壓為2.5V，應(yīng)使電壓表的示數(shù)由2.2V增大到2.5V，要使燈泡電壓增大，需要電流增大，總電阻減小，滑動(dòng)變阻器電阻減小，所以滑片向A端移動(dòng)；燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；

（4）由表格數(shù)據(jù)可得，小燈泡電壓最小為0.5V時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入阻值最大，此時(shí)小燈泡的電阻，小燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電流相等和歐姆定律可得：，即，解得R滑=40Ω，根據(jù)給出的滑動(dòng)變阻器規(guī)格可知，小樂應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器R2；兩個(gè)完全相同的小燈泡串聯(lián)在電壓為2V的電源上，則每個(gè)小燈泡的電壓為1V，由表格數(shù)據(jù)可得此時(shí)電路中的電流I=0.2A，則電路的總功率為：P′=U′I′=2V×0.2A=0.4W；

（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，小樂得出結(jié)論：小燈泡的實(shí)際功率越大，燈泡越亮。
（6）把四個(gè)電阻分別串聯(lián)接入電路中，電流表量程改接為0～3A，但滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流為1A，故電路的最小電阻為：，電路中接入2Ω的電阻時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的最小電阻為：R'=R小-2Ω=2.5Ω；設(shè)電壓表示數(shù)為U表，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器的電壓U滑=U-U表=4.5V-U表，根據(jù)分壓原理：，即----①，因研究電流與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要保持電壓表示數(shù)不變，由①式得，方程左邊為定值，當(dāng)變阻器接入電路中的電阻最小為R'=2.5Ω時(shí)，對應(yīng)的定值電阻最小為2Ω，代入①得，，解得U表=0.5V，即定值電阻兩端的最小電壓為0.5V；
同理，當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為20Ω時(shí)，對應(yīng)的電阻最大為10Ω，代入①式得：，解得U表=1.5V，即定值電阻兩端的最大電壓為1.5V；故電壓表的取值范圍大小應(yīng)滿足0.5V≤U表≤1.5V。