Question

12．按圖一所示的電路圖做“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）請你用筆畫線代替導線，按電路圖將圖二實物電路連接完整；
（2）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移到最左端時，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)．經(jīng)檢查，導線連接完好，則電路故障是：燈泡斷路．排除該故障換用新元件后，閉合開關(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：開關(guān)閉合前沒有將滑片滑到阻值最大值處．
（3）故障排除后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片到某一點，電壓表的示數(shù)如圖三，要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向左端滑動（選填“左”或“右”）．
（4）小明同學調(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
4.4	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．
②當小電燈正常工作時，滑動變阻器的阻值為7.3Ω．
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在圖四虛線框中畫出測量電路圖；
②若小電燈兩端最大可加4.4V電壓，為保證實驗時你所設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為5Ω～12Ω．
（6）生活中我們常�？吹接镁玫碾姛襞輹�發(fā)黑，亮度也較低，請你應用所學知識解釋其中原因．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路連接實物圖，根據(jù)燈泡規(guī)格選擇電表量程；
（2）根據(jù)電路圖可知，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，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)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）當燈泡兩端電壓為額定電壓時，燈泡的實際功率等于額定功率；先根據(jù)電壓表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓表的示數(shù)，然后根據(jù)串聯(lián)電路分壓的特點確定滑動變阻器移動的方向；
（4）①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，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
②燈泡正常發(fā)光時，先計算滑動變阻器電壓，再根據(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；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)此設計電路圖；
②由串聯(lián)電路特點和歐姆定律，結(jié)合電壓表以及燈泡最大電壓計算變阻器的取值范圍；
（6）物質(zhì)由固體直接變?yōu)闅鈶B(tài)，叫升華；物質(zhì)由氣態(tài)直接變?yōu)楣虘B(tài)叫凝華；導體的電阻大小與導體的材料、長度、橫截面積有關(guān)．

解答 解：
（1）由電路圖知，燈泡、電流表和滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，燈泡的額定電壓3.8V，所以電壓表應使用0-15V量程，由表中數(shù)據(jù)知燈泡電流小于0.6A，所以電流表使用0-0.6A量程，實物連接如圖所示：
；
（2）由電路圖知，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)，說明電壓表與電源間是通路，所以故障可能燈斷路；
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滑到最大阻值處；
（3）電壓表為0～15V，分度值為0.5V，由圖三可知電壓表示數(shù)為2.5V，小于燈泡的額定電壓，故需減小滑動變阻器分得的電壓，即減小滑動變阻器接入電路的電阻，故將滑片向左移動；
（4）①當燈泡兩端電壓為3.8V時，通過上表數(shù)據(jù)可知，此時電流I=0.30A，
則燈泡的額定功率：P_額=U_額I_額=3.8V×0.3A=1.14W；
②由串聯(lián)電路特點可知，燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器兩端電壓為：U₂=U-U_額=6V-3.8V=2.2V，
根據(jù)歐姆定律可得此時變阻器連入電路的阻值：R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω；
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，兩燈泡兩端的電壓均為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_總=UI′=6V×0.25A=1.5W；
（5）①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，當電壓表示數(shù)為6V-3.8V=2.2V時燈泡正常發(fā)光，讀出此時電流表示數(shù)即可計算燈光怕額定功率．如圖所示：
；
②當電壓表示數(shù)為3V時，變阻器接入阻值最大，此時燈泡電壓也為3V，由表中數(shù)據(jù)知此時燈泡的電流為0.25A，所以變阻器連入阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I′}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
當小電燈兩端電壓最大4.4V時，由表中數(shù)據(jù)知此時燈泡電流為0.32A，所以變阻器連入阻值：R_滑′=$\frac{U-{U}_{L}}{I″}$=$\frac{6V-4.4V}{0.32A}$=5Ω；
所以動變阻器接入電路的阻值范圍應為5Ω～12Ω；
（6）燈絲中的鎢絲由于溫度高，會發(fā)生升華現(xiàn)象，變?yōu)殒u蒸氣；當鎢蒸氣碰到溫度相對較低的燈泡壁時，會直接凝華為固態(tài)的鎢，附著在燈泡內(nèi)壁上，使內(nèi)壁發(fā)黑；
當燈絲變細后，橫截面積變��；則電阻變大；由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈的電功率會變小，所以亮度會變暗．
故答案為：（1）見上圖；
（2）燈泡斷路；開關(guān)閉合前沒有將滑片滑到阻值最大值處；
（3）左；
（4）①1.14；②7.3； ③1.5；
（5）①見上圖；②5；12；
（6）燈絲中的鎢絲由于溫度高，先發(fā)生升華現(xiàn)象，后又凝華為固態(tài)的鎢附著在燈內(nèi)壁上，當燈絲變細后，電阻變大，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈的電功率會變小，所以亮度會變暗．

點評 本題考查了實物連接、故障分析、串聯(lián)電路特點、計算功率、電阻的計算及影響因素等問題，考查知識點多，綜合性強．