Question

1．在“測小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室為每個(gè)小組提供的器材有：電壓恒為5V的電源一個(gè)，電流表（0～0.6A、0～3A）、電壓表（0～3V、0～15V）各一個(gè)，開關(guān)一個(gè)，標(biāo)有“20Ω  lA”的滑動(dòng)變阻器一個(gè)，導(dǎo)線若干，額定電壓為4V小燈泡一個(gè)．實(shí)驗(yàn)前電壓表與電流表均已調(diào)零．
第一小組的同學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)按如圖甲所示方式連接電路．

（1）為完成實(shí)驗(yàn)，請用筆畫線代替導(dǎo)線，將甲圖連接完整．
（2）閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)調(diào)至最右（填“左”或“右”）端．若開關(guān)閉合后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，小燈泡發(fā)光較暗且亮度一直不變，則故障原因是滑動(dòng)變阻器同時(shí)使用了下面兩個(gè)接線柱．
（3）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)為2V時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)通過小燈泡的電流為0.22A，小燈泡此時(shí)的電功率為0.44W．若要測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向左（填“左”或“右”）移動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為4V為止．
（4）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，記下多組電流表及對應(yīng)電壓表的示數(shù)，并畫出圖丙所示的I-U圖象，從圖象可算出小燈泡的額定功率為1.6W．
（5）第一組同學(xué)繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的過程中，小燈泡突然熄滅，電壓表示數(shù)變大（填“變大”、“變小”或“不變”），經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)燈絲燒斷．
（6）第二小組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，本組的電壓表0～15V的量程已損壞，而0～3V的量程可以使用．經(jīng)過研究設(shè)計(jì)了如圖丁所示電路，完成了小燈泡功率的測量．實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為1V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光．
（7）第二小組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中，為保證電表不超量程，小燈泡不超額定值．滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍為2.5Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程且與燈泡并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，小燈泡發(fā)光較暗且亮度一直不變，說明滑動(dòng)變阻器接錯(cuò)了，把滑動(dòng)變阻器當(dāng)定值電阻接入電路了；
（3）根據(jù)圖乙電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，利用P=UI求出小燈泡此時(shí)的電功率；由于額定電壓下燈泡的實(shí)際功率和額定功率相等，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)可知變阻器接入電路中電阻的變化，然后判斷滑片移動(dòng)的方向；
（4）根據(jù)圖象讀出額定電壓下通過燈泡的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率．
（5）燈泡突然燒斷，燈泡斷路，電壓表兩極直接與電源兩極相連，電壓表測電源電壓，電壓表示數(shù)變大．
（6）由串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)分析說明．
（7）保證電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律結(jié)合圖象計(jì)算滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍保證電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律結(jié)合圖象計(jì)算滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍．

解答 解：（1）分析電路圖可知，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采取“一下一上”的原則串聯(lián)在電路中；電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈的兩端，由于燈泡的額定電壓為4V，則電壓表的量程為0～15V；如圖所示：

（2）為了避免電路中電流過大而燒壞電源或電表，在閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片P應(yīng)移到阻值最大處，即最右端．
燈泡發(fā)光較暗，電流表有示數(shù)，說明電流太小，滑動(dòng)變阻器的阻值太大，任意移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電壓表示數(shù)不變，說明滑動(dòng)變阻器同時(shí)使用了下面兩個(gè)接線柱；
（3）圖乙電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.22A，
小燈泡此時(shí)的電功率P=UI=2V×0.22A=0.44W；
由于燈在額定電壓下才能正常工作，此時(shí)電壓表示數(shù)為2V，小于燈泡的額定電壓4V，要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，減小變阻器接入電路的阻值，所以應(yīng)向左移動(dòng)滑片直到電壓表示數(shù)為4V為止；
（4）由圖丙可知，燈泡兩端的電壓為4V時(shí)，通過的電流為0.4A，
則燈泡的額定功率P_額=U_額I_額=4V×0.4A=1.6W．
（5）實(shí)驗(yàn)中小燈泡的燈絲突然被燒斷，電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表示數(shù)約等于電源電壓，所以電壓表的示數(shù)變大．
（6）由圖丁，電壓表測滑動(dòng)變阻器兩端電壓，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)電壓為4V，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_變=U-U_額=5V-4V=1V，即電壓表示數(shù)為1V時(shí)，小燈泡正常發(fā)光．
（7）圖丁中，為使電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，電壓表示數(shù)最大為3V，最小為1V（此時(shí)燈泡正常發(fā)光）；
當(dāng)電壓表示數(shù)最小為1V時(shí)，變阻器連入阻值最小，由于燈正常工作，I_滑=I_額=0.4A，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得變阻器連入的最小阻值：R_變小=$\frac{{U}_{滑最小}}{{I}_{滑}}$=$\frac{1V}{0.4A}$=2.5Ω；
當(dāng)電壓表示數(shù)最大為3V時(shí)，變阻器連入阻值最大，燈泡電壓U_L=5V-3V=2V，由圖丙知此時(shí)I_滑′=I_L′=0.25A，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得變阻器連入的最大阻值：R_變大=$\frac{{U}_{滑最大}}{{I}_{滑}′}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω，
所以電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍為2.5Ω～12Ω．
故答案為：
（1）如上圖所示；（2）右；滑動(dòng)變阻器同時(shí)使用了下面兩個(gè)接線柱；（3）0.22；0.44；左；4；
（4）1.6；（5）變大；（6）1；（7）2.5Ω～12Ω．

點(diǎn)評 本題考查了電壓表量程的選擇、電壓表與滑動(dòng)變阻器的連接、電路故障的判斷、電流表的讀數(shù)、電功率的計(jì)算等，要注意額定電壓下燈泡的實(shí)際功率和額定功率相等．