Question

1．按圖1所示的電路圖做“測量小電燈的功率”的實(shí)驗(yàn)，所用器材有：標(biāo)“3.8V”字樣的待測小電燈、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）某學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，把電流表與電壓表的位置交換連接了，閉合開關(guān)后會(huì)造成（填選項(xiàng)前的字母）D．
A．電流表燒壞 B、電壓表燒壞C．小燈泡燒壞 D、小燈泡不亮
（2）另一學(xué)生按圖連接電路后，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，
排除該故障換用新元件后，閉合開關(guān)時(shí)，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過程中的不當(dāng)之處是：閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片沒有放到最大阻值處．
（3）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
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(dāng)小燈泡正常工作時(shí)，連人電路的滑動(dòng)變阻器的阻值為7.33Ω．
③將兩個(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，兩燈消粍的總功率為1.5W．
（4）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，如何測出小燈泡的額定功率？
①在圖2虛線框中畫出測量電路圖；
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應(yīng)為4.7Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）電壓表的電阻很大，故把電流表與電壓表的位置交換連接后，電路中的電流很小；
（2）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；
開關(guān)閉合后，燈閃亮一下后立即熄滅，說明電路電流太大，電路電阻太小造成的，原因可能是閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）①當(dāng)燈泡兩端電壓為額定電壓時(shí)，燈泡的實(shí)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(shí)，與燈泡串聯(lián)的滑動(dòng)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(dòng)變阻器連入電路的阻值；
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；
（4）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(shí)，與燈泡串聯(lián)的滑動(dòng)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(dòng)變阻器電壓，以便間接測量燈泡電壓，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）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，故選D；
（2）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(shí)，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過程中的不當(dāng)之處是：閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3））①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可：P_額=U_額I_額=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，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根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)小電燈正常工作時(shí)，電流為I=0.3A，滑動(dòng)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(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=UI=6V×0.25A=1.5W；
（4）①電壓表大量程損壞，可將電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，接線選用小量程，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，可使燈泡正常工作；電路圖設(shè)計(jì)如下：

②當(dāng)燈泡兩端電壓為4.5V時(shí)，滑動(dòng)變阻器的電壓U=6V-4.5V=1.5V，經(jīng)過滑動(dòng)變阻器的電流與燈泡電流相同且為0.32A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{0.32A}$=≈4.7Ω；
當(dāng)滑動(dòng)變阻器兩端電壓達(dá)到電壓表量程最大值3V時(shí)，燈泡兩端電壓也為3V，此時(shí)經(jīng)過滑動(dòng)變阻器的電流與燈泡電流同為0.25A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的電阻
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
故滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻范圍：4.7Ω～12Ω．
故答案為：
（1）D；
（2）小電燈斷路；閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）①1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.33；③1.5；
（4）①如上圖所示；②4.7；12．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了故障分析、求功率、求電阻阻值、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖等問題，最后一問求滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍有一定難度；解題時(shí)要認(rèn)真、細(xì)心答題．