Question

15．在“制作模擬調光燈”綜合實踐活動中．老師提供的器材有：電池組（電壓為6V恒定）、規(guī)格為“2.5V 0.25A“的小燈泡、量程為0-3V-15V的電壓表、規(guī)格為“20Ω  2A”的滑動變阻器、開關和若干導線，另有各種規(guī)格的定值電阻可供任意選用（均標注電阻值和允許通過的最大電流值）．要求：閉合開關，滑動變阻器滑片在最右端時，燈泡亮度最小，向左調節(jié)滑片，燈泡亮度逐漸變亮．在調光的整個過程中，燈兩端的電壓不超過2.5V．
（1）如圖甲是小明設計的電路圖，圖乙是小明完成的部分電路連接，請根據(jù)要求完成實物圖連接．
（2）針對題中對調光燈的設計要求，請你指出小明設計方案的不足中．
（3）提出你的改進方案．

Answer 1

分析 （1）由圖甲，滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，注意電壓表量程和滑動變阻器的接法；
（2）計算燈泡電阻，從滑片移動中燈泡是否安全角度分析方案的不足；
（3）為保證燈泡安全，可考慮串聯(lián)一個電阻，即使變阻器連入阻值為0，燈泡也不會燒壞，由此提出改進建議．

解答 解：
（1）由圖甲，燈泡與變阻器串聯(lián)，且變阻器要一上一下接入電路，因為燈泡額定電壓2.5V，所以電壓表應選用0-3V量程．如圖所示：
；
（2）由I=$\frac{U}{R}$，燈泡正常工作的電阻R=$\frac{{U}_{額}}{{I}_{額}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω，
要保證燈泡安全，燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器接入電路的最小值R_變=$\frac{U-{U}_{額}}{{I}_{額}}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω，
如果再變小，則燈泡兩端的電壓會超過2.5V；
（3）由（2）分析知，根據(jù)要求電路中最小阻值為14Ω，所以為滿足要求應在滑動變阻器的阻值為零時，應有一個14歐姆的電阻串聯(lián)在電路中保護燈泡，所以可在電路中串聯(lián)一個阻值為14Ω的定值電阻．
故答案為：（1）見上圖；（2）調節(jié)滑動變阻器滑片過程中，燈泡兩端的電壓會超出2.5V；（3）在電路中串聯(lián)一個阻值為14Ω的定值電阻．

點評 本題是關于調光燈的題目，考查了電路連接、實驗方案的評估和改進措施，關鍵是從元件規(guī)格上知道為保證安全滑動變阻器的滑片不能隨意滑動．