Question

20．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(guān)及導線若干．

（1）請你根據(jù)圖甲的電路圖，將圖乙中的實物連接成完整的實驗電路．
（2）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(guān)后會造成D．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
（3）另一學生按圖連接電路后，閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片從最右端移到最左端，該過程中燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)．經(jīng)檢查，導線連接完好，則電路故障可能是：小電燈斷路．排除故障后，閉合開關(guān)時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，則該學生在操作過程中的不當之處是：閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處．
（4）小明同學按電路圖正確連接電路后，閉合開關(guān)，從大到小調(diào)節(jié)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(shù)填入下表．

電壓表示數(shù)U V	電流表的示數(shù)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(shù)據(jù)，可算得小電燈的額定功率為1.14W，還可得出關(guān)于燈絲電阻的結(jié)論是：燈絲電阻隨溫度的升高而增大．
②當小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.3Ω．（結(jié)果保留一位小數(shù)）
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，兩燈消耗的總功率為1.5W．
（5）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在上圖虛線框中圖丙畫出測量電路圖：②若小電燈兩端最大可加4.5V電壓，為保證實驗時你所設(shè)計的測量電路中各元件的安全，參照小明的實驗數(shù)據(jù)，估算滑動變阻器接入電路的阻值范圍應(yīng)為4.7～12Ω．

Answer 1

分析 （1）將電壓表與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器一上一下串聯(lián)在電路中；
（2）電壓表串聯(lián)在電路中，則電壓表的示數(shù)約等于電源電壓，電路中幾乎沒有電流；
（3）電壓表約等于電源電壓，則可能是與其并聯(lián)的燈泡斷路；
燈泡被燒壞，說明燈泡兩端的電壓過大，從而可得滑動變阻器的滑片未移至最大阻值處；
（4））①根據(jù)P=UI分別求出燈泡在不同電壓下的功率；
當燈泡兩端電壓為額定電壓時，燈泡的實際功率等于燈泡的額定功率；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
②燈泡正常發(fā)光時，與燈泡串聯(lián)的滑動變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，則根據(jù)歐姆定律即可求出滑動變阻器連入電路的阻值；
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，則每個燈泡兩端的電壓為3V，由表格數(shù)據(jù)找出燈泡兩端的電壓為3V時的電流，即可根據(jù)P=UI求出總功率；
（5）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(fā)光時，與燈泡串聯(lián)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(jù)此作出電路圖；
②根據(jù)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(lián)電路特點求出相應(yīng)的燈泡電壓，由表中數(shù)據(jù)找出電壓所對應(yīng)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．

解答 解：（1）將電壓表與燈泡并聯(lián)，燈泡的額定電壓為3.8V，則電壓表可選擇0～15V的量程；
滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，已接了下面一個接線柱，可再接上面任意一個接線柱，如圖所示：

（2）把電流表與電壓表的位置交換連接后，電壓表串聯(lián)在電路中，電路中電阻較大，電流較小，故燈泡不亮，選D；
（3）閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)，說明電路故障為斷路，并且電壓表與電源兩極相連，故小電燈斷路；
開關(guān)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(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（4）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可：P₁=U₁I₁=2V×0.2A=0.4W，
P₂=U₂I₂=2.5V×0.22A=0.55W，
P₃=U₃I₃=3V×0.25A=0.75W，
P₄=U₄I₄=3.8V×0.3A=1.14W，
P₅=U₅I₅=4.5V×0.32A=1.44W；
當燈泡兩端電壓為3.8V時，燈泡的實際功率等于額定功率，即1.14W；
由表中數(shù)據(jù)及R=$\frac{U}{I}$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根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，當小電燈正常工作時，電流為I=0.3A，滑動變阻器兩端電壓為U₂=U-U_額=6V-3.8V=2.2V，則根據(jù)歐姆定律得連入電路的阻值R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.33Ω．
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，則根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點可知：燈泡兩端的電壓為3V，由表中數(shù)據(jù)可知，當燈泡兩端的電壓為3V時，電流I′為0.25A，則兩燈消耗的總功率P=UI′=6V×0.25A=1.5W；
（5）電源、開關(guān)、滑動變阻器、燈泡、電流表組成串聯(lián)電路，電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端，如圖所示：

當燈泡正常發(fā)光時，燈泡和滑動變阻器串聯(lián)在電路中，電源電壓為6V，要使燈泡電壓為3.8V，滑動變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V，把電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端，移動滑動變阻器的滑片，示數(shù)為2.2V時，燈泡正常工作．
a、當電壓表示數(shù)為最大值3V時，小電燈兩端的電壓為6V-3V=3V，由表中數(shù)據(jù)知，電流為0.25A，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑1=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
b、當小電燈電壓為4.5V時，由表中數(shù)據(jù)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=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈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）見上圖；
（2）D；
（3）小電燈斷路；閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（4）①

電壓表示數(shù)U V	電流表的示數(shù)I/A	小電燈的功率P/W
2.0	0.20	0.4
2.5	0.22	0.55
3.0	0.25	0.75
3.8	0.30	1.14
4.5	0.32	1.44

1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.3；③1.5；
（5）如上圖；4.7～12．

點評 本題考查了故障分析、求功率、求電阻阻值、數(shù)據(jù)處理等問題，最后一問需要注意兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，燈泡兩端的電壓為3V，電流需要從數(shù)據(jù)中判斷．