Question

如圖所示，將“測(cè)小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)裝置改為“測(cè)量定值電阻的電功率”，實(shí)驗(yàn)室提供下列器材：電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器（阻值0～20Ω）、阻值為6Ω的待測(cè)電阻R（電阻不隨溫度變化）、電源E（電壓4.5V并保持不變）、開(kāi)關(guān)S及導(dǎo)線若干．

（1）由電路圖和實(shí)驗(yàn)室提供的器材可判斷，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)電阻R的最小電流約為

0.17

A；加在電阻兩端的最大電壓為

4.5

V；
（2）小明按電路圖甲連接好電路后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)時(shí)電壓表無(wú)示數(shù)，經(jīng)查明只有一處故障，為查出電路故障，小明進(jìn)一步觀察并檢查電路．當(dāng)檢查到電源、開(kāi)關(guān)、電壓表、電流表、導(dǎo)線及其連接都完好時(shí)，小明結(jié)合前面的觀察，就可判斷出電路的故障：
如果小明再觀察到電流表無(wú)示數(shù)，則故障是

滑動(dòng)變阻器

斷路；
如果小明再觀察到電流表有示數(shù)，則故障是

定值電阻R

短路．（選填“定值電阻R”、“滑動(dòng)變阻器”）
（3）排除故障后，小明繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得其中一組數(shù)據(jù)中電流表示數(shù)如圖（乙）所示，那么此時(shí)定值電阻的實(shí)際功率為

0.96

W．
（4）在對(duì)變阻器滑片處于不同位置時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理時(shí)，同組的小強(qiáng)設(shè)計(jì)了如下表格．你認(rèn)為這張表格的設(shè)計(jì)是

不合理

（選填“合理”、“不合理”）的．

次數(shù)	U/V	I/A	P/W	平均值P/W
1
2
3

（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后老師提出一個(gè)疑問(wèn)：若實(shí)驗(yàn)中所選電流表的量程為0～0.6A、電壓表的量程為0～3V，實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)通過(guò)定值電阻的電流至少為電流表滿刻度的三分之一，則測(cè)出的定值電阻的功率范圍只能是

0.24W～1.5W

．

Answer 1

分析：（1）由電路圖可知，燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，當(dāng)滑動(dòng)變阻器阻值全部接入電路時(shí)，電路電流最小，由歐姆定律可以求出最小電流；當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí)，燈泡兩端的電壓最大，等于電源電壓．
（2）電路故障有兩種：斷路或短路；電流表沒(méi)有示數(shù)，說(shuō)明電路斷路，電壓表沒(méi)有示數(shù)，說(shuō)明斷路位置在電壓表并聯(lián)電路之外；電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路不存在斷路，電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的電阻短路．
（3）由圖乙所示電流表確定電流表量程與最小分度值，讀出電流示數(shù)，由電功率公式求出電阻的功率．
（4）在不同電壓下，電阻的功不同，求不同功率的平均值沒(méi)有意義，據(jù)此分析表格設(shè)計(jì)是否正確．
（5）根據(jù)題意，由電功率公式P=I²R求出電阻的功率范圍．

解答：解：（1）滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為滑動(dòng)變阻器最大阻值時(shí)，電路電流最小，
為I_最小=

U

R+R滑最大

=

4.5V

6Ω+20Ω

≈0.17A；當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí)，
加在定值電阻兩端的電壓最大，等于電源電壓，為4.5V；
（2）電流表無(wú)示數(shù)，電壓表無(wú)示數(shù)，電路斷路，斷路位置在滑動(dòng)變阻器處，即：滑動(dòng)變阻器斷路；
電流表有示數(shù)，電路不存在斷路，電壓表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的電阻短路；
（3）由圖乙知，電流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.4A，
電阻實(shí)際功率P=I²R=（0.4A）×6Ω=0.96W；
（4）在不同電壓下，電阻的功不同，求不同功率的平均值沒(méi)有意義，
表格中求電阻平均功率的做法是錯(cuò)誤，表格設(shè)計(jì)部合理；
（5）電阻阻值R=6Ω，
由題意知流過(guò)電阻的最小電流I_最小=

1

3

×0.6A=0.2A，
電阻最小功率P_最小=（0.2A）²×6Ω=0.24W；
電阻兩端最大電壓等于電壓表量程3V，
此時(shí)電路電流I=

U

R

=

3V

6Ω

=0.5A＜0.6A，
此時(shí)電阻消耗的功率最大P_最大=

U2

R

=

(3V)2

6Ω

=1.5W，
因此電阻消耗的功率范圍是0.24W～1.5W．
故答案為：（1）0.17；4.5；（2）滑動(dòng)變阻器；定值電阻R；（3）0.96；（4）不合理；（5）0.24W～1.5W．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了電路故障分析、電流表讀數(shù)、求電阻功率、分析實(shí)驗(yàn)記錄表格設(shè)計(jì)是否合理、求電阻功率的范圍，這是實(shí)驗(yàn)的常考內(nèi)容，一定要掌握．讀出電流表示數(shù)，由歐姆定律求出電阻阻值，根據(jù)題意確定流過(guò)電阻的最大與最小電流，是解最后一問(wèn)的關(guān)鍵．