Question

2．按圖示的電路圖做“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）．

（1）請你根據(jù)圖甲的電路圖，將圖乙中的實物圖連接成完整的實驗電路．
（2）某學(xué)生在實驗時，把電流表與電壓表的位置交換連接了，閉合開關(guān)后會造成D（填選項前的字母）
A．電流表燒壞 B．電壓表燒壞 C．小電燈燒壞 D．小電燈不亮
（3）另一學(xué)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(dǎo)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(xué)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移到最大阻值處；．
（4）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
②當小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.3Ω．（結(jié)果保留一位小數(shù)）
③將兩個這樣相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源兩端，兩燈消耗的總功率為1.5W．
（5）為了探究電流和電阻的關(guān)系，霄霄同學(xué)找到幾個定值電阻，阻值分別是10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω，且保持電壓表的示數(shù)為3.8V不變．當用40Ω的電阻進行實驗時，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)始終不能調(diào)到3.8V，聰明的霄霄想到了解決辦法，若要順利完成研究電流和電阻關(guān)系的實驗她可以怎么辦？換用最大阻值至少為23.2Ω的變阻器．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈的額定電壓確定電壓表量程與燈并聯(lián)；
（2）分析電路的連接，根據(jù)電壓表內(nèi)阻很大分析；
（3）燈不亮，說明電路可能斷路；電壓表有較大示數(shù)，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了； 
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；
（4）①燈在額定電壓下的功率為額定功率，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；
②根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律求變阻器中連的入電阻；
③根據(jù)分壓原理確定兩燈的實際電壓，由表中數(shù)據(jù)得到電路中的電流，根據(jù)P=UI求電路的總功率；
（5）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律求出變阻器的電壓，由分壓原理確定變阻器連入電路中的阻值至少為多大．

解答 解：（1）燈的額定電壓為3.8V，電壓表選用大量程與燈并聯(lián)，如下圖所示：

（2）連接電路時把電流表與電壓表的位置交換連接后，電壓表串聯(lián)在電路中相當于斷路，所以電路中幾乎沒有電流，因此電表和用電器都不會被燒壞，但燈泡不發(fā)光，故選D；
（3）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(dǎo)線連接完好，則電路故障是：燈泡斷路；
閉合開關(guān)時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，說明電路為通路，電流過大，將燈燒壞了，根據(jù)歐姆定律，該學(xué)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放到最大阻值處；
（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)：
①燈在額定電壓的功率為額定功率，由表中數(shù)據(jù)可知，燈在額定電壓3.8V時的電流為0.3A，故燈的額定功率：
P_L=U_LI_L=3.8V×0.3A=1.14W，
②當燈正常發(fā)光時，變阻器分得的電壓為U_變=6V-3.8V=2.2V，
由串聯(lián)電路電流的規(guī)律，通過變阻器的電流：I_變=0.3A：
由歐姆定律，變阻器連入電路中的電阻：
R_變=$\frac{{U}_{變}}{{I}_{變}}=\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③將兩個這樣相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源兩端，因燈的電阻相等，由分壓原理，每燈的實際的電壓為：U_實=$\frac{1}{2}$×6V=3V，
由表中數(shù)據(jù)可知，此時電路中的電流為：I_實=0.25A，
兩燈的總功率：P_總=UI_實=6V×0.25A=1.5W；
（5）探究電流和電阻的關(guān)系要控制電壓表為3.8V不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓：
U_滑=U-U_表=6V-2.2V，
變阻器的電壓是電壓表示數(shù)的$\frac{2.2V}{3.8V}$倍，當用40Ω的電阻進行實驗時，根據(jù)分壓原理，變阻器連入電路中的電阻為：R_滑=$\frac{2.2}{3.8}$×40Ω≈23.2Ω＞20Ω，
即原來變阻器的最大阻值太小導(dǎo)致電壓表的示數(shù)始終不能調(diào)到3.8V，若要順利完成研究電流和電阻關(guān)系的實驗，她可以換用最大阻值至少23.2Ω的變阻器．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）D；（3）燈泡斷路；滑動變阻器滑片沒有移到阻值最大處；（4）①1.14；②7.3；③1.5；（5）換用最大阻值至少為23.2Ω的變阻器．

點評 本題測量小電燈的功率，考查電路的連接、反�，F(xiàn)象的判斷、故障的分析、功率和電阻的計算及對器材的要求，綜合性較強，均為電學(xué)中的重要內(nèi)容，要掌握．