Question

19．小亮同学做测定“小灯泡额定功率”实验时，所用器材有电压为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡（小灯泡的额定功率小于1W）、滑动变阻器（50Ω1A）、以及符合实验要求的电表、开关和导线．如图（甲）是小亮同学没有连接完整的电路．

（1）请你用笔画线代替导线，将图（甲）所示的电路连接完整．
（2）小亮同学连好电路后闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，则故障可能是灯泡断路（写出一种即可）．
（3）小亮同学移动滑动变阻器滑片P到某处时，电压表的示数为2.2V，要测量小灯泡的额定功率是，应将滑片P向B端移动（选填“A”或“B“）．当小灯泡正常发光时，电流表示数如图（乙）所示，则小灯泡的额定功率是0.5W．
（4）小亮利用该电路探究电流跟电阻的关系，他将小灯泡换成多个定值电阻R，保持电压表示数始终为如图（丙）所示，多次更换阻值不同的定值电阻R，并记录各次电流表的示数，若不更换其他器材，为了能够完成实验，更换的电阻阻值不能够大于10Ω．
（5）若小亮在（4）实验中用到的电阻阻值分别为5Ω，10Ω，15Ω，20Ω，25Ω，并控制定值电阻两端电压为2.5V，使用滑动变阻器的铭牌为“10Ω 1A”，那么小亮选择的电源电压只能在2.5～3.5V范围内．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程；根据P=UI判断灯泡额定电流的大约值，然后确定电流表的量程；并将电压表并联在灯泡两端，电流表串联在电路中；
（2）常见的电路故障有断路与短路两种，根据电路故障现象分析电路故障原因．
（3）根据灯泡额定功率的大约值和额定电压确定电流表的量程，再由电流表指针的位置，读出电流表的示数，灯泡在额定电压下的功率为额定功率，由电功率公式P=UI求出灯泡额定功率；
（4）根据分压原理定值电阻的阻值应该是滑动变阻器的阻值一半；
（5）滑动变阻器与定值电阻串联，当滑动变阻器接入电路的电阻最大时分得的最小电压即为调节滑动变阻器控制R两端的最小电压，根据电阻的串联求出电路中的最小电流，根据欧姆定律求出滑动变阻器分得的最小电压，根据串联电路的电压特点求出定值电阻两端的电压．

解答 解：（1））由于灯泡的额定电压为2.5V，故电压表的量程为0～3V；
由P=UI可知，灯泡额定电流的最大值：I=$\frac{P}{{U}_{L}}$=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，故电流表量程为0～0.6A；
将电流表0.6A的接线柱与灯泡左接线柱相连，将电压表的3V接线柱与灯泡右接线柱相连，如下图所示：

（2）灯泡不亮，可能是灯泡断路，或灯泡短路，或灯泡之外电路断路造成的；
电流表无示数，说明电路断路；电压表有示数，说明电压表与电源连接相连，
电压表并联电路之外电路不存在断路，综合分析可知，小灯泡断路．
（3）电压表的示数为2.2V，低于灯泡的额定电压，要提高灯泡两端的电压，需要减小电路电阻，即应将滑片P向B端移动；
小灯泡的额定功率小于1W，因为P=UI
所以灯泡的额定电流约为：I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，
故电流选择的量程是0～0.6A，分度值是0.02A，此时电流表示数是0.2A，
所以灯泡额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）定值电阻的电压为2V不变，则变阻器的电压为4V，根据分压原理，变阻器的电阻是定值电阻的2倍，即定值电阻是变阻器阻值的二分之一，因为变阻器的最大阻值为50欧姆，所以定值电阻的最大值为25欧姆，不应大于25欧姆；
（5）电路中的最大电流为：I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A；
则电源电压为：U₁=I₁R_总1=0.5A×（5Ω+10Ω）=2.5V；
电路中最小电流为：I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{2.5V}{25Ω}$=0.1A；
则电源电压为：U₂=I₂R_总2=0.1A×（25Ω+10Ω）=3.5V；
则电源电压的范围为2.5～3.5V．
故答案为：
（1）见上图；（2）灯泡断路；（3）B；0.5；（4）10；（5）2.5～3.5V．

点评 本题考查学生对测量小灯泡的额定功率实验的掌握，考查了学生对实验操作、电表量程的选择及读数、滑动变阻器的使用以及电功率的计算的掌握，综合性较强，有一定的难度．