Question

3．按圖1示的電路圖做“測(cè)量小燈泡的功率”的實(shí)驗(yàn)．所用器材有：標(biāo)有“3.8V”字樣的待測(cè)小燈泡、電壓恒為6V 的電源、標(biāo)有“20Ω 1A”的滑動(dòng)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(dǎo)線若干． 

（1）小張同學(xué)按圖連接電路后，閉合開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到 最左端時(shí)，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)．經(jīng)檢查，導(dǎo)線連接完好，則電路故障是：小電燈斷路．
（2）小明同學(xué)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(dòng)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．

電壓表的示數(shù)U/V	電流表的示數(shù)I/A	小電燈的功率P/W
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通過(guò)上表數(shù)據(jù)，可算得小燈泡的額定功率為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(dāng)小燈泡正常工作時(shí)，連入電路的滑動(dòng)變阻器的阻值為7.3Ω．
③將兩個(gè)這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后接在6V電源的兩端，兩燈消耗的總功率為1.25 W．
（3）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(cè)出小電燈的額定功率？
①在虛線框中畫出測(cè)量電路圖； 
②若小燈泡兩端最大可加4.5V電壓，為保證實(shí)驗(yàn)時(shí)你所設(shè)計(jì)的測(cè)量電路中各元件的安全，參照小明的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，估算滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍應(yīng)為4.7Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖可知，閉合開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端時(shí)，電路為燈泡的基本電路，根據(jù)燈泡的是否發(fā)光和電壓表的示數(shù)確定電路故障；
（2）①由表格數(shù)據(jù)讀出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，由P=UI計(jì)算其額定功率；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
②由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算小燈泡正常工作時(shí)，連入電路的滑動(dòng)變阻器的阻值；
③兩個(gè)相同的這種燈泡串聯(lián)在6V電源上，可知兩燈的實(shí)際電壓，由此根據(jù)表格數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際功率，從而得到總功率；
（3）①電源電壓為6V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)，當(dāng)燈泡電壓為3.8V，滑動(dòng)變阻器的電壓為2.2V＜3V，可以利用0～3V量程測(cè)量滑動(dòng)變阻器的電壓，據(jù)此設(shè)計(jì)電路圖；
②滑動(dòng)變阻器兩端的電壓允許的范圍為1.5V～3V，滑動(dòng)變阻器的電流與燈泡對(duì)應(yīng)電壓時(shí)的電流相同，故可求出滑動(dòng)變阻器的阻值范圍．

解答 解：
（1）閉合開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端時(shí)，電路為燈泡的基本電路，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)，說(shuō)明電路故障為斷路，并且電壓表與電源兩極間是通路，所以故障是小電燈斷路；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，燈泡電壓3.8V正常發(fā)光，此時(shí)通過(guò)的電流為0.30A，所以燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.3A=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，通過(guò)的電流也增大，但電壓變化大于電流變化，所以小電燈電阻變大，這是因?yàn)椋弘S電壓增大、電流隨之增大，小電燈的實(shí)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由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算小燈泡正常工作時(shí)，連入電路的滑動(dòng)變阻器的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{額}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.30A}$≈7.3Ω；
③將兩個(gè)這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后接在6V電源的兩端，所以兩燈電壓各為3V，由表格數(shù)據(jù)此時(shí)燈泡電流為0.25A，
電路的總功率：P_總=2P_實(shí)=2U_實(shí)I_實(shí)=2×2.5V×0.25A=1.25W；
（3）①當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，即要使燈泡電壓為3.8V，則滑動(dòng)變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V＜3V，所以把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器的兩端，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為2.2V時(shí)，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．電路圖如圖所示：

②當(dāng)電壓表示數(shù)為最大值3V時(shí)，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(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：
R_滑1=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
當(dāng)小電燈電壓為4.5V時(shí)，由表中數(shù)據(jù)知，電路電流為0.32A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓為6V-4.5V=1.5V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：
R_滑2=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
則滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍是4.7Ω～12Ω．
故答案為：（1）小電燈斷路；
（2）①1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.3；③1.25；
（3）①見上圖；②4.7；12．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律以及電功率公式的應(yīng)用、故障分析、求功率、求電阻阻值、數(shù)據(jù)處理、電路圖的設(shè)計(jì)等問(wèn)題，需要注意兩個(gè)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．