Question

10．在“測量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，電源電壓恒為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V，正常發(fā)光時(shí)燈絲電阻約為10Ω，所用滑動(dòng)變阻器的最大阻值20Ω．

（1）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線在圖甲中完成實(shí)物電路的連接（要求滑片向B滑動(dòng)時(shí)，接入電路阻值減小，且導(dǎo)線不能交叉）．
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，某個(gè)小組同學(xué)剛閉合開關(guān)就發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度很亮然后馬上熄滅了，老師指出了同學(xué)們操作時(shí)的錯(cuò)誤是閉合開關(guān)前，未將滑片P移至最大阻值處，同時(shí)提醒同學(xué)們注意觀察此時(shí)電表的示數(shù)，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)（有示數(shù)/無示數(shù)）．
（3）斷開開關(guān)，更換了相同規(guī)格的小燈泡后重新按照正確的操作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．某次實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們看到電壓表示數(shù)為1.8V，要使燈泡正常發(fā)光應(yīng)向B（A/B）端移動(dòng)滑片，同時(shí)視線應(yīng)注意觀察電壓表（電流表/電壓表），當(dāng)燈正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示為0.24A，則小燈泡的額定功率是0.6W．
（4）某同學(xué)還想探究“在電壓一定的情況下，電流與電阻的關(guān)系”，于是將甲圖中的小燈泡換成四個(gè)阻值分別為10Ω，8Ω，6Ω和4Ω的定值電阻，其余連接均不改變．在實(shí)驗(yàn)過程中，將4個(gè)定值電阻依次接入電路，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使定值電阻兩端的電壓保持某個(gè)值U₀不變，為了能夠順利得到4組I、R數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)，該電壓U₀的取位大小應(yīng)滿足：1V≤U₀≤2.4V．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器應(yīng)串聯(lián)接入電路中，電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端，根據(jù)滑片向B滑動(dòng)時(shí)接入電路阻值減小判定滑動(dòng)變阻器的接法；
（2）根據(jù)滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻分析；燈泡斷路時(shí)，根據(jù)電流表和電壓表的作用分析；
（3）根據(jù)分壓原理，在串聯(lián)電路中，電阻越大分得的電壓越多；當(dāng)燈的實(shí)際電壓等于額定電壓時(shí)，燈正常發(fā)光；進(jìn)行電流表的讀數(shù)時(shí)，注意量程和分度值，將電壓值和電流值代入公式P=UI計(jì)算出額定功率．
（4）根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律和歐姆定律分析．

解答 解：
（1）滑動(dòng)變阻器應(yīng)串聯(lián)接入電路中，滑片向B滑動(dòng)時(shí)接入電路阻值減小，故應(yīng)接變阻器B接線柱；電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端，小燈泡的額定電壓為2.5V，電壓表量程為0-3V，電路圖如圖：
；
（2）如果連接好電路，剛一閉合開關(guān)就發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光很亮．你認(rèn)為他可能存在的錯(cuò)誤處是：滑動(dòng)變阻器滑片沒有移到最大阻值處．
燈泡斷路，則電路中無電流，電壓表串聯(lián)在電路中，測的是電源電壓，故電壓表有示數(shù)；
（3）由于電壓表示數(shù)為1.8V，說明小燈泡兩端的電壓小于額定電壓，為增大燈泡的電壓，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，應(yīng)減小變阻器接入電路中的阻值，所以應(yīng)向B端移動(dòng)滑片，同時(shí)視線應(yīng)注意觀察電壓表示數(shù)，直到使燈泡兩端的電壓為額定電壓2.5V；根據(jù)乙圖，電流表的量程為0～0.6A，其分度值為0.02A，其讀數(shù)為0.24A；
則燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.24A=0.6W．
（4）把四個(gè)電阻串聯(lián)接入電路中，為了保護(hù)電流表，電路中的電流不能超過0.6A，故電路的最小電阻為：
R_小=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω，
電路中接入4Ω的電阻時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的最小電阻為：R'=R_小-4Ω=1Ω；
此時(shí)定值電阻兩端的電壓為：U_R=IR=0.6A×4Ω=2.4V；即定值電阻兩端的最大電壓為2.4V；
當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為0時(shí)，電阻兩端的電壓為3V，等于電源電壓，故在探究實(shí)驗(yàn)中，電阻兩端的電壓都能達(dá)到3V；
把四個(gè)電阻接入電路中時(shí)，電阻兩端的最小電壓為：U_小=$\frac{U}{R+{R}^{′}}$R，把電源電壓和四個(gè)電阻10Ω、8Ω、6Ω和4Ω帶入，得四個(gè)電壓值為：1V、0.86V、0.69V、0.5V，為了能夠順利得到4組I、R數(shù)據(jù)，則電阻兩端的電壓最小為1V，故電壓U₀的取位大小應(yīng)滿足1V≤U₀≤2.4V．
故答案為：（1）如圖；（2）閉合開關(guān)前，未將滑片P移至最大阻值處；有示數(shù)；（3）B；電壓表；0.24；0.6；（4）1V≤U₀≤2.4V．

點(diǎn)評(píng) 本題測量小燈泡電功率，考查電路的連接、常見故障的分析、實(shí)驗(yàn)的操作及功率的計(jì)算，是中考的常見題．