Question

以下是某班開展“制作模擬調(diào)光燈”綜合實(shí)踐活動(dòng)的片段．根據(jù)題意回答有關(guān)問題．
實(shí)驗(yàn)器材：學(xué)生電源（電壓限取6V檔）、規(guī)格為“2.5V  0.25A”的小燈泡、規(guī)格為“20Ω  2A”的滑動(dòng)變阻器、開關(guān)和若干導(dǎo)線，另有各種規(guī)格的定值電阻可供任意選用（均標(biāo)注電阻值和允許通過的最大電流值）．
制作要求：亮度可連續(xù)調(diào)節(jié)；在調(diào)光的整個(gè)過程中，燈兩端的電壓不超過2.5V．
活動(dòng)過程：

（1）計(jì)算出小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為

 

．
（2）小歡同學(xué)按圖甲設(shè)計(jì)了電路．不少同學(xué)認(rèn)為該調(diào)光燈電路不符合制作要求．請(qǐng)你指出不符合要求之處：

 

．
（3）小林同學(xué)認(rèn)為：可在小歡的電路中再串聯(lián)一只規(guī)格合適的定值電阻R₀（圖乙）就能符合要求．請(qǐng)你根據(jù)題意和有關(guān)計(jì)算，確定R₀的規(guī)格．
（4）還有同學(xué)提出另一種改進(jìn)方案：如果不串聯(lián)定值電阻，可以在滑動(dòng)變阻器的適當(dāng)位置上做標(biāo)記（或加一個(gè)限位裝置）限制它的調(diào)節(jié)范圍，也能符合要求．請(qǐng)你說明，還需增加什么電學(xué)器材，這個(gè)改進(jìn)方案才能實(shí)施；并說明，如何運(yùn)用增加電學(xué)器材來達(dá)到你的目的．

Answer 1

分析：（1）已知燈泡的額定電壓及額定電流，則由歐姆定律可求得燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；
（2）由圖可知電路的構(gòu)成及滑動(dòng)變阻器的接法，分析燈泡兩端的電壓范圍可知電路能否正常工作，則可得出不符合要求之處；
（3）要使滑動(dòng)變阻器能隨意調(diào)節(jié)，則應(yīng)讓滑動(dòng)變阻器短路時(shí)，燈泡仍不會(huì)超額定電壓，則由串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可求得此時(shí)R₀的分壓，而限制電流不能超過燈泡的額定電流，由歐姆定律可求得阻值；
（4）要使不超過燈泡的額定電壓，故在實(shí)驗(yàn)中需要明確燈泡兩端的電壓，故應(yīng)需要在燈泡兩端并聯(lián)電壓表．

解答：解：（1）由歐姆定律可得：
燈泡的電阻：R=

U

I

=

2.5V

0.25A

=10Ω；
（2）由圖可知，滑動(dòng)變阻器與燈泡串聯(lián)，要使燈泡正常工作，燈泡兩端的電壓最大不得超過2.5V，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)分壓至少為6V-2.5V=3.5V；
則滑動(dòng)變阻器接入電阻至少為

3.5V

0.25A

=14Ω；即滑動(dòng)變阻器接入電阻只能在14Ω～20Ω范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，即滑動(dòng)變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會(huì)超過2.5V．
（3）R₀中允許通過的電流為：I₀=I_L=0.25A，
U₀=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
R0=

U0

I0

=

3.5V

0.25A

=14Ω；
故R₀的阻值為14Ω，允許通過的最大電流為0.25A；
（4）為了保證燈泡不超過2.5V，則隨時(shí)觀察燈泡兩端的電壓，故需要電壓表；
在實(shí)驗(yàn)過程中，將電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，在調(diào)光過程中，觀察到電壓表的示數(shù)為2.5V時(shí)，在變阻器上做標(biāo)記或安裝限位裝置，以限定滑動(dòng)變阻器的移動(dòng)范圍．
故答案為：（1）10；
（2）滑動(dòng)變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會(huì)超過2.5V；
（3）R₀的阻值為14Ω，允許通過的最大電流為0.25A；
（4）需要電壓表，將電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，在調(diào)光過程中，觀察到電壓表的示數(shù)為2.5V時(shí)，在變阻器上做標(biāo)記或安裝限位裝置，以限定滑動(dòng)變阻器的移動(dòng)范圍．

點(diǎn)評(píng)：本題考查滑動(dòng)變阻器的連接，要求學(xué)生能認(rèn)直審題，并能靈活應(yīng)用所學(xué)物理知識(shí)進(jìn)行分析判斷，對(duì)學(xué)生要求較高，題目難度較大．