Question

以下是某班開展“制作模擬調光燈一綜合實踐活動的片段．根據題意回答或者解決有關問題．
實驗器材：學生電源（電壓限取6V擋）、規格為“2.5V 0.25A”的小燈泡、規格為“20Ω 2A”的滑動變阻器、開關和若干導線，另有各種規格的定值電阻可供任意選用（均標注電阻值和允許通過的最大電流值）．制作要求：亮度可連續調節；在調光的整個過程中，燈兩端的電壓不超過額定電壓．
活動過程：
（1）小燈泡正常發光時的電阻為

10

Ω
（2）你準備采取什么措施，讓燈泡能接到6V的電源上．且能調節亮度．簡要說明你采取的措施

將燈泡與滑動變阻器串聯在電路中

（3）相互交流時，小強實驗桌上的情景如圖1．不少同學認為該調光燈不符合制作要求．請你指出不符合要求之處：

滑動變阻器的滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓有可能超過2.5V

（4）小玲同學認為：可在小強的電路中再串聯一只規格合適的定值電阻R₀（如圖2）就能符合要求．請你根據題意和有關計算，確定R₀的規格
（5）還有同學提出另一種改進方案：如果不串聯定值電阻，可以在滑動變阻器的適當位置上做標記（或加一個限位裝置）限期它的調節范圍，也能符合要求．請你說明，還需增加什么電學器材，這個改進方案才能實施；并說明．如何運用增加電學器材來達到你的目的．

Answer 1

分析：（1）燈泡正常發光時的電阻可通過其規格中的數據，利用公式R=

U

I

計算得出；
（2）根據串聯分壓的規律，借助滑動變阻器即可；
（3）電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V，滑動變阻器如果接入電路的阻值過小，燈泡有可能會被燒壞；
（4）接入的定值電阻要符合當滑動變阻器在最小值，即為0時，燈泡兩端的電壓也不會超過2.5V，電路中的電流也不會超過0.25A；
（5）既然擔心的是燈泡兩端的電壓超過2.5V，燈泡中的電流超過0.25A，那么在電路中增加一個電壓表或電流表就可以達到限制的目的了．

解答：解：（1）根據燈泡的規格可知R=

U

I

=

2.5V

0.25A

=10Ω；
（2）6V的電源電壓遠大于燈泡的額定電壓，可用滑動變阻器串聯來進行分壓；
（3）滑動變阻器的阻值范圍為0～20Ω，圖中如果其滑片向右滑動過大時，電路中的電流會超過0.25A，燈泡兩端的電壓會超過2.5V，有可能損壞燈泡；
（4）當滑動變阻器的阻值為0時，電路中的電流不能超過0.25A，故其最小阻值為R′=

U總

I

=

6V

0.25A

=24Ω．根據串聯分壓，R₀=R′-R=24Ω-10Ω=14Ω．
故R₀的規格應符合阻值為14Ω，允許通過的最大電流不小于0.25A；
（5）增加限位裝置就是為了使燈泡兩端的電壓不超過2.5V，通過的電流不超過0.25A，故可通過給燈泡并聯一個電壓表或在電路中串聯一個電流表的方法來確定限位的具體位置．
故答案為：（1）10；（2）將燈泡與滑動變阻器串聯在電路中；
（3）滑動變阻器的滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓有可能超過2.5V；
（4）14Ω，0.25A；
（5）需要增加電壓表（或電流表）．將電壓表并聯在燈泡的兩端，在調光過程中，觀察電壓表的示數為2.5V時，在變阻器上做標記或安裝限位裝置，以限定滑動變阻器的移動范圍．（電流表的使用方法與之類似）

點評：本題通過實驗設計過程中遇到的實際問題，考查了如何創造性地使用滑動變阻器來對電路進行控制，以及利用歐姆定律進行相關的計算等．對在電路中通過增加一個定值電阻來保護電路，是本題的一個難點，應從燈泡的正常工作電壓2.5V和最大限定電流0.25A來進行考慮．