Question

一个额定电压是2.5V的小灯泡，正常工作时的电阻约为8Ω．小明想测量它的额定功率，实验室中有如下器材：电源（电压恒为6V）、电流表、电压表、开关各1个，规格分别为“10Ω 1A”和“50Ω 0.5A”的滑动变阻器2个，导线若干．
（1）小明设计了如图甲所示电路，他应选用规格为________的滑动变阻器．
（2）图乙是小明根据电路图连接的实物图．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡不亮；经检查是由于一根导线连接错误．请你在图乙中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应放在________端（填“A”或“B”）．
（3）小明正确连线后，继续实验．当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图丙所示为________A，小灯泡的额定功率是________W．
（4）实验结束后，小明整理实验器材时，发现滑动变阻器的AP部分比PD部分热，这是因为________．
（5）某学生在实验时，把电流表与电压表的位置交换连接了，闭合开关后会造成________．（填选项前的字母）
A．电流表烧坏        B．电压表烧坏    C．小电灯烧坏        D．小电灯不亮
（6）另一学生按图连接电路后，闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，灯不亮，电压表有较大的示数．经检查，导线连接完好，则电路故障是：________．排除该故障换用新元件后，闭合开关时，观察到灯闪亮一下后立即熄灭，该学生在操作过程中的不当之处是：________．
（7）小明同学用上述装置测量标有“3.8V”字样的待测小电灯的功率，用电压恒为6V的电源、标有“20Ω  1A”的滑动变阻器按电路图正确连接电路后，闭合开关，从大到小调节滑动变阻器的阻值，并将正确操作下的电压表和电流表的示数填入下表．

电压表的示数 U/V	电流表的示数 I/A	小电灯的功率 P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通过上表数据，可算得小电灯的额定功率________W，还可得出关于灯丝电阻的结论是：________；
②当小电灯正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值为________Ω．
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，两灯消耗的总功率为________W．
（8）若电压表的0～15V量程已损坏，只能使用0～3V量程，其他器材不变，如何测出小电灯的额定功率？①在图丁虚线框中画出测量电路图；
②若小电灯两端最大可加4.5V电压，为保证实验时你所设计的测量电路中各元件的安全，参照小明的实验数据，估算滑动变阻器接入电路的阻值范围应为________Ω～________Ω．

电流/A	0.90	0.80	0.50	0.36	0.28	0.22
电阻/Ω	8	10	20	30	40	50

Answer 1

解：（1）灯泡正常发光时，通过其的电流约是I===0.3A，
滑动变阻器两端的电压：U_滑=U-U_灯泡=6V-2.5V=3.5V，滑动变阻器接入电路的电阻R===11.7Ω＞10Ω，所以应选择“50Ω 0.5A”的滑动变阻器；
（2）变阻器与灯泡串联，如下图所示：

闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，即滑片在B端．
（3）该电流表选的是小量程，其分度值是0.02A，故其示数是0.32A，故其额定功率是：P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（4）据焦耳定律Q=I²Rt可知，AP部分比PD部分的电流相同，通电时间相同，但AP部分的电阻比PD部分的电阻大，故在AP部分所产生的电热多，故滑动变阻器的AP部分比PD部分热．
（5）把电流表与电压表的位置交换连接了，电路断路，电路电流为零，电流表与小电灯不会烧坏，小电灯不亮，由于电源电压是6V，小于电压表量程0～15V，因此电压表不会烧坏，所以闭合开关后会造成的现象是：D小电灯不亮；
（6）闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，灯不亮，电压表有较大的示数；经检查，导线连接完好，则电路故障是：小电灯断路；排除该故障换用新元件后，闭合开关时，观察到灯闪亮一下后立即熄灭，该学生在操作过程中的不当之处是：闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（7）①由表中数据知，灯泡额定电压U=3.8V对应的电流I=0.3A，则灯泡的额定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中数据及R=可知，随小电灯电压的增大，小电灯电阻变大，这是因为：随电压增大、电流随之增大，小电灯的实际功率P=UI也增大，灯的温度升高，故灯丝电阻随温度的升高而增大；
②小电灯正常发光时，电压为额定电压U_灯=3.8V，由表中数据知，此时电路电流I=0.3A，
由串联电路特点知，滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_灯=6V-3.8V=2.2V，此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑==≈7.3Ω；
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，每个灯两端的电压是3V，由表中数据知，电路电流I=0.25A，则两灯消粍的总功率P=UI=6V×0.25A=1.5W；
（4）①电源、开关、滑动变阻器、灯泡、电流表组成串联电路，电压表并联在滑动变阻器两端，电路图如图所示；

②a、当电压表示数为最大值3V时，小电灯两端的电压为6V-3V=3V，由表中数据知，电流为0.25A，此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑1==12Ω；
b、当小电灯电压为4.5V时，由表中数据知，电路电流为0.32A，此时滑动变阻器两端电压为6V-4.5V=1.5V，此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑2=≈4.7Ω；
故滑动变阻器接入电路的阻值范围是4.7Ω～12Ω；
故答案为：（1）50Ω 0.5A；（2）见上图；（3）0.32A；0.8W；（4）AP部分的电阻比PD部分的电阻大；（5）D；（6）小电灯断路；闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；（7）1.14；灯丝电阻随温度的升高而增大；7.3；1.5；（8）②4.7；12．
分析：（1）根据串联电路的特点求出灯泡正常发光时滑动变阻器两端的电压，然后由欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的阻值，根据这个阻值，判断选择哪个滑动变阻器；
（2）开关、滑动变阻器、灯泡串连接入电路，电压表并联在电路两端，故据此分析判断即可；闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处；
（3）先确定电流表的分度值，而后据电流表读出对应的示数，据公式P=UI可计算出额定功率；
（4）根据焦耳定律分析判断即可；
（5）电流表与电压表的位置交换连接，即电压表串连接入电路，理想电压表电阻为无穷大，电压表串连接入电路，电路相当于断路，电路电流为零，灯泡不发光；
（6）灯不亮，可能是灯泡断路，或灯泡短路，或灯泡之外电路存在断路，或电路电阻太大而电路电流太小不足以让灯泡发光；由电路图知，滑动变阻器滑片在最左端，滑动变阻器接入电路的阻值为零，只有灯泡接入电路，电路电阻不大，灯泡不发光不是电流太小引起的；只有灯泡接入电路，如果灯泡短路，则电源被短路，电路电流很大，电流表会被烧坏而造成电路断路，电压表不能与电源两极相连，电压表示数为零，而现在电压表示数不为零而是有较大示数，所以灯泡不可能短路；综合分析可知灯不亮的原因是灯泡断路；
开关闭合后，灯闪亮一下后立即熄灭，说明电路电流太大，电路电阻太小造成的，原因可能是闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（7）①由表找出灯泡的额定电压对应的电流，然后由P=UI求出灯泡的额定功率；
由表可知：随电压增大，灯泡的阻值增大，可从温度对电阻的影响分析原因；
②由表找出灯泡正常工作时的电路电流，由串联电路电压特点求出滑动变阻器两端的电压，然后由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值；
③由串联电路的电压特点知，两个完全相同的灯泡接入电路时，每个灯泡两端的电压相等，电源电压为6V，则每个灯泡两端的电压是3V，由表中数据找出3V所对应的电流，然后由P=UI求出两灯消耗的总功率；
（8）①0～15V量程已损坏，而灯泡额定电压为3.8V，超过电压表的另一量程0～3V；电源电压是6V，灯泡正常发光时，与灯泡串联的滑动变阻器电压为6V-3.8V=2.2V，小于电压表量程0～3V，因此可以用电压表测滑动变阻器电压，以便间接测量灯泡电压，据此作出电路图；
②根据题意确定滑动变阻器两端的最大电压与最小电压值，由串联电路特点求出相应的灯泡电压，由表中数据找出电压所对应的电流，然后由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最大与最小阻值，然后确定其范围．
点评：本题考查了滑动变阻器的选择、连接实物图、故障分析、求功率、求电阻阻值、设计实验电路图等问题，最后一问求滑动变阻器接入电路的阻值范围有一定难度；解题时要认真、细心答题．