Question

5．倩倩同學(xué)在做“探究小燈泡的亮度與電功率的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到小燈泡上標(biāo)有“2.5V”的字樣，燈的額定功率小于1W，滑動(dòng)變阻器標(biāo)有“20Ω1A”字樣，而電源上卻看不到電壓值．

（1）連接電路之前，開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)，如圖甲所示．但電路連接中有一處存在錯(cuò)誤，請(qǐng)將連接錯(cuò)誤的導(dǎo)線用“×”標(biāo)出，用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將正確導(dǎo)線連入電路（要求：滑動(dòng)變阻器左滑時(shí)燈泡變亮）；
（2）正確連接電路后，按要求操作，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)電壓表和電流表示數(shù)如圖乙所示，她很快就計(jì)算出電源電壓為4.5V；
（3）向左（“左”或“右”）移動(dòng)滑片，電壓表示數(shù)達(dá)2.5V時(shí)燈正常發(fā)光，圖丙是燈泡電流
與加在燈兩端電壓的關(guān)系圖，則小燈泡燈的額定功率為0.8W；
（4）繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，小燈泡發(fā)出耀眼的白光后突然熄滅，他會(huì)觀察到電壓表指針C（選填字母：A、回到0刻度 B、達(dá)到滿刻度 C、超過(guò)滿刻度）；
（5）該探究實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器除了能保護(hù)電路元件外，主要作用還有：改變燈泡兩端的電壓．
（6）完成實(shí)驗(yàn)后，同組的旦旦同學(xué)只改變了電壓表的位置也測(cè)出了燈泡的額定功率，如圖丁所示（電源電壓不變），只需改變滑動(dòng)變阻器電阻，使電壓表示數(shù)為2V，即可測(cè)出燈泡的額定功率．在不損壞用電器的前提下，滑動(dòng)變阻可調(diào)節(jié)的范圍是6.25～20Ω．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器左滑時(shí)燈泡變亮，則滑動(dòng)變阻器的阻值應(yīng)變小，據(jù)此連入滑動(dòng)變阻器；
（2）閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路電阻最大，根據(jù)電流表、電壓表的示數(shù)結(jié)合滑動(dòng)變阻器的阻值計(jì)算出電源電壓；
（3）根據(jù)串分壓的知識(shí)，若要增大電阻兩端的電壓，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器的阻值；
當(dāng)燈泡兩端的電壓等于額定電壓時(shí)，燈泡正常發(fā)光；
根據(jù)圖丙確定燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流值，根據(jù)P=UI計(jì)算出額定功率；
（4）掌握斷路的特點(diǎn)，斷路電路中無(wú)電流，斷開(kāi)處的電壓等于電源電壓；
（5）要測(cè)不同電壓時(shí)的實(shí)際功率，需通過(guò)滑動(dòng)變阻器改變燈泡兩端的電壓；
（6）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，當(dāng)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為U-2.5V時(shí)，燈泡正常發(fā)光，滑動(dòng)變阻器的阻值變小，利用歐姆定律即可求出變阻器最小阻值，根據(jù)電壓表的量程、串聯(lián)電路電壓的規(guī)律即可得出燈泡的最小電壓，利用歐姆定律即可求出變阻器最大阻值，然后即可判斷可調(diào)范圍．

解答 解：（1）由圖知，電壓表和燈泡被短路，應(yīng)將燈泡與滑動(dòng)變阻器連接的導(dǎo)線變動(dòng)一下；
滑動(dòng)變阻器左滑時(shí)燈泡變亮，則滑動(dòng)變阻器的電阻應(yīng)變小，所以下面應(yīng)接左邊的接線柱，如圖所示：

（2）閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器的阻值最大，為20Ω；
由圖乙知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A；
電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為0.5V；
所以U=U_燈+IR_滑=0.5V+0.2A×20Ω=4.5V；
（3）由（2）知，燈泡兩端的電壓太小，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器的阻值將滑片向左滑動(dòng)；
當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)燈泡正常發(fā)光；
由圖象知，當(dāng)燈泡兩端的電壓為2.5V時(shí)，電流為0.32A，則燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（4）小燈泡發(fā)出耀眼的白光后突然熄滅，說(shuō)明燈泡由于兩端電壓過(guò)高而燒壞，發(fā)生了斷路，此時(shí)燈泡兩端的電壓會(huì)等于電源電壓，電壓表超過(guò)滿刻度；
（5）該探究實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器除了能保護(hù)電路元件外，主要作用是改變燈泡兩端的電壓，測(cè)量燈泡的實(shí)際功率；
（6）當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為：U_滑=4.5V-2.5V=2V，因此要使燈泡正常發(fā)光，需改變滑動(dòng)變阻器的電阻，使電壓表示數(shù)為2V；
由圖象知，當(dāng)燈泡兩端的電壓為2.5V時(shí)，電流為0.32A，則變阻器的阻值為R_最小=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{0.32A}$=6.25Ω，
由于電壓表的量程為0～3V，則滑動(dòng)變阻器兩端的最大電壓為U_滑最大=3V，所以此時(shí)燈泡兩端的電壓為U_L最小=4.5V-3V=1.5V；則由圖象知此時(shí)燈泡的電流為I_最小=0.26A，
則由I=$\frac{U}{R}$可知：
變阻器的最大阻值為R_最大=$\frac{{U}_{滑最大}}{{I}_{最小}}$=$\frac{3V}{0.26A}$≈11.54Ω，
所以滑動(dòng)變阻器的阻值可調(diào)范圍是6.25Ω～11.54Ω．
故答案為：（1）如上圖；（2）4.5；（3）左；2.5；0.8；（4）C；（5）改變燈泡兩端的電壓；（6）2；6.25Ω～11.54Ω．

點(diǎn)評(píng) 此題是測(cè)量燈泡的額定功率實(shí)驗(yàn)，考查了實(shí)物電路的連接，電流表、電壓表的讀數(shù)及歐姆定律的應(yīng)用，在確定燈泡的額定功率時(shí)，關(guān)鍵是根據(jù)圖象確定額定電壓和電流，其中還涉及到了串分壓的知識(shí)及串聯(lián)電路中電壓和電流的關(guān)系．