Question

4．如圖甲所示是小剛“測(cè)小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)電路．其中電源電壓為6V，小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為l0Ω．滑動(dòng)變阻器有A規(guī)格“l(fā)0Ω  2A”、B規(guī)格“50Ω  lA”可選．

（1）本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選擇B規(guī)格的滑動(dòng)變阻器．連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)，閉合開(kāi)關(guān)前，圖中滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)位于B （選填“A”或“B”）端．
（2）請(qǐng)用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將圖甲的實(shí)驗(yàn)電路連接完整．
（3）檢查電路連接無(wú)誤，閉合開(kāi)關(guān)后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動(dòng)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是燈泡斷路．
（4）閉合開(kāi)關(guān)后，小剛發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表有示數(shù)但都很小，且看不到小燈泡發(fā)光，其原因是滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻太大，燈泡的實(shí)際電功率很�。�
（5）小張同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)變小，原因可能是電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端．
（6）當(dāng)變阻器滑片P移到某一位置時(shí)，電壓表示數(shù)如圖乙所示，為1.8V．要測(cè)小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向A （選填“A”或“B”）端移動(dòng)，使電壓表示數(shù)為2.5V．
（7）實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的小燈泡先由暗變亮，然后發(fā)出耀眼的光后被燒壞．為了避免燈絲燒斷，請(qǐng)你提出在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)：緩慢調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，同時(shí)觀察電壓表的示數(shù)，使其不能超過(guò)小燈泡額定電壓值．
（8）完成上述實(shí)驗(yàn)后，又找來(lái)額定電壓為3.8V小燈泡了一個(gè)阻值為R₀的電阻和兩個(gè)開(kāi)關(guān)．并借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖乙所示的電路，也測(cè)出了小燈泡的額定功率．請(qǐng)完成下列的實(shí)驗(yàn)步驟：
①閉合開(kāi)關(guān)S₁和S₃，移動(dòng)滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V時(shí)，停止移動(dòng)滑片，然后再斷開(kāi)閉合的開(kāi)關(guān)：
②保持滑片的位置不動(dòng)，再閉合開(kāi)關(guān)S₁和S₂，讀出此時(shí)電壓表的示數(shù)為U；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)量量表示）．
（9）利用如圖丙所示電路還可以完成的電學(xué)實(shí)驗(yàn)有（寫出一個(gè)即可）測(cè)小燈泡的電阻．

Answer 1

分析 （1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值即可選擇器滑動(dòng)變阻器的規(guī)格；為防止電路中電流過(guò)大燒壞用電器，開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)，為保護(hù)電路，在閉合開(kāi)關(guān)前，滑片應(yīng)處于最大阻值處；
（2）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程且與燈泡并聯(lián)；
（3）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或燈泡短路或燈泡之外的電路斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說(shuō)明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路；電流表示數(shù)幾乎為零，說(shuō)明電路電阻特別大，電壓表直接串聯(lián)在電路中，由此判斷故障；
（4）閉合開(kāi)關(guān)后，小剛發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表有示數(shù)但都很小，且看不到小燈泡發(fā)光，說(shuō)明燈泡分得的電壓太小，電路中的電阻過(guò)大造成的；
（5）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電流表示數(shù)變大時(shí)，表明滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變小，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，變阻器兩端電壓變小，據(jù)此分析；
（6）根據(jù)電壓表的量程和分度值讀出電壓表的示數(shù)，電壓表的示數(shù)小于燈泡的額定電壓，要使燈泡正常工作，燈泡兩端電壓增大到2.5V，電路電流要增大，總電阻要減小，滑動(dòng)變阻器的電阻要減小；
（7）本實(shí)驗(yàn)中電壓表測(cè)燈泡兩端的電壓，燈泡的與實(shí)際功率、實(shí)際電壓的大小，為防止燈泡被燒壞，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器可以觀察電壓表的示數(shù)來(lái)進(jìn)行；
（8）要測(cè)量燈泡額定功率，首先讓燈泡兩端電壓等于額定電壓3.8V，然后結(jié)合電路圖，在讓燈泡正常工作前提下，找出能夠計(jì)算出電功率的實(shí)驗(yàn)步驟，最后計(jì)算出電功率；
（9）由圖丙可知，利用電壓表可測(cè)出電燈電壓和電源電壓，從而計(jì)算定值電阻電壓，根據(jù)歐姆定律，結(jié)合串聯(lián)電路的電流規(guī)律，可計(jì)算燈泡L的阻值．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓等于額定電壓U_L=2.5V，根據(jù)歐姆定律可知此時(shí)電路電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
所以本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選擇規(guī)格為“50Ω  1A”的B滑動(dòng)變阻器；
在連接電路時(shí)，為保護(hù)電路，開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)；
為保護(hù)電路，在閉合開(kāi)關(guān)前，滑片應(yīng)置于最大阻值處，由圖可知，P應(yīng)處于B端；
（2）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V，且與燈泡并聯(lián)，如圖所示：
（3）閉合開(kāi)關(guān)S，燈泡不亮，電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)接近電源電壓，其電路故障可能是燈泡斷路；
（4）閉合開(kāi)關(guān)后，電流表和電壓表有示數(shù)但都很小，且看不到小燈泡發(fā)光，其原因是滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻太大，燈泡的實(shí)際功率很�。�
（5）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電流表示數(shù)變大時(shí)，表明滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變小，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，變阻器兩端電壓變小，由題可知電壓表示數(shù)變小，表明電壓表測(cè)變阻器兩端電壓，即與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)了；
（6）電壓表使用0～3V量程，分度值為0.1V，電壓為1.8V；要使燈泡正常工作，燈泡兩端電壓從1.8V增大到2.5V，電路電流要增大，總電阻要減小，滑動(dòng)變阻器的電阻要減小，滑片向A端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2.5V為止；
（7）緩慢調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，同時(shí)觀察電壓表的示數(shù)，使其不能超過(guò)小燈泡額定電壓值；
（8）①讓燈泡兩端電壓等于額定電壓3.8V，使燈泡正常工作，應(yīng)閉合開(kāi)關(guān)S₁和S₃，移動(dòng)滑片電壓表示數(shù)為3.8V；
②使燈泡能夠正常工作，能夠通過(guò)已知電阻R₀計(jì)算出通過(guò)燈泡電流，應(yīng)閉合開(kāi)關(guān)S₁和S₂，讀出電壓表示數(shù)U，由R₀兩端電壓：U₀=U-U_燈，通過(guò)R₀電流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$；
③當(dāng)閉合S₁和S₃時(shí)，R₀和燈泡串聯(lián)，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，當(dāng)閉合S₁和S₂時(shí)，電壓表測(cè)R₀和燈泡兩端總電壓．
由R₀兩端電壓，U₀=U-U_燈=U-3.8V，通過(guò)R₀電流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，燈泡的額定功率P=U_燈I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
（9）由圖丙可知，燈泡L與定值電阻串聯(lián)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的組合，用電壓表可測(cè)出電燈電壓和電源電壓，從而能計(jì)算定值電阻電壓，根據(jù)歐姆定律，可計(jì)算通過(guò)定值電阻即電路中的電流，由R=$\frac{U}{I}$可計(jì)算小燈泡的電阻，因而能測(cè)小燈泡的電阻．
故答案為：（1）B； 斷開(kāi)；B；（2）燈泡斷路；（3）滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻太大，燈泡的實(shí)際電功率很小；（4）滑動(dòng)變阻器連入電路中的電阻太大，燈泡的實(shí)際電功率很��；（5）電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端；（6）1.8； A；（7）緩慢調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，同時(shí)觀察電壓表的示數(shù)，使其不能超過(guò)小燈泡額定電壓值；（7）S₁和S₃；S₁和S₂；$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；（9）測(cè)小燈泡的電阻．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了滑動(dòng)變阻器的選擇和串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律的應(yīng)用、電路現(xiàn)象的判斷、電壓表的讀數(shù)、滑動(dòng)變阻器的使用等，關(guān)鍵是知道燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等且會(huì)根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．