Question

7．小亮同學(xué)做測(cè)定“小燈泡額定功率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，所用器材有電壓為6V的電源，額定電壓為2.5V的小燈泡（小燈泡的額定功率小于1W）、滑動(dòng)變阻器（50Ω1A）、以及符合實(shí)驗(yàn)要求的電表、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線．如圖（甲）是小亮同學(xué)沒(méi)有連接完整的電路．

（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖（甲）所示的電路連接完整．
（2）小亮同學(xué)連好電路后閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無(wú)示數(shù)，則故障可能是燈泡斷路（或小燈泡燈座斷路）（寫出一種即可）．
（3）小亮同學(xué)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P到某處時(shí)，電壓表的示數(shù)為2.2V，要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向B端移動(dòng)（選填“A”或“B“）．當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖（乙）所示，則小燈泡的額定功率是0.5W．
（4）小亮利用該電路探究電流跟電阻的關(guān)系，他將小燈泡換成多個(gè)定值電阻R，保持電壓表示數(shù)始終為如圖（丙）所示，多次更換阻值不同的定值電阻R，并記錄各次電流表的示數(shù)，若不更換其他器材，為了能夠完成實(shí)驗(yàn)，更換的電阻阻值不能夠大于25Ω．
（5）若小亮在（4）實(shí)驗(yàn)中用到的電阻阻值分別為5Ω，10Ω，15Ω，20Ω，25Ω，并控制定值電阻兩端電壓為2.5V，使用滑動(dòng)變阻器的銘牌為“10Ω 1A”，那么小亮選擇的電源電壓只能在2.5V-3.5V范圍內(nèi)．

Answer 1

分析 （1）求出燈工作時(shí)的電流大小確定電流表量程，將電流表串聯(lián)接入電路中；
（2）根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因．
（3）比較電壓表示數(shù)與燈泡額定電壓的大小關(guān)系，根據(jù)分壓原理確定滑片的移動(dòng)方向；由圖示電流表讀出其示數(shù)，由P=UI求出功率；
（4）根據(jù)圖丙電壓表小量程讀出電壓表的示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)與分壓原理求出定值電阻與變阻器最大值的關(guān)系，從而求出定值電阻的最大值；
（5）先求出電路中的最大電流和最小電流，根據(jù)電路的最小總電阻和最大總電阻，分別根據(jù)歐姆定律求出電源電壓的最小值和最大值．

解答 解：（1）額定電壓為2.5V的小燈泡，小燈泡的額定功率小于1W，燈泡額定電流小于I=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，電流表選0～0.6A，把電流表串聯(lián)接入電路，如下圖所示：

（2）連好電路后閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，小燈泡始終不亮，可能是燈泡發(fā)生短路或電路存在斷路；電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路存在斷路，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路或小燈泡燈座斷路；
（3）電壓表的示數(shù)為2.2V，小于燈泡額定電壓，要測(cè)量小燈泡的額定功率，增大燈的電壓減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以應(yīng)將滑片P向B端移動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為2.5V；
由圖乙所示電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）由圖丙所示電壓表可知，其量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2V，實(shí)驗(yàn)時(shí)電阻兩端電壓為2V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，滑動(dòng)變阻器兩端為6V-2V=4V，定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器分得的電壓是定值電阻電壓的2倍，根據(jù)分壓原理，滑動(dòng)變阻器阻值是定值電阻阻值的2倍，滑動(dòng)變阻器最大阻值為50Ω，定值電阻阻值不能大于25Ω；
（5）小亮在（4）實(shí)驗(yàn)中用到的電阻阻值分別為5Ω，10Ω，15Ω，20Ω，25Ω，并控制定值電阻兩端電壓為2.5V，根據(jù)歐姆定律，電路中的小電流即通過(guò)定值電阻的電流I_小=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{5}}=\frac{2.5V}{25Ω}$=0.1A，電路中的最大電流為
I_大=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{1}}=\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A，設(shè)電源電壓為U_總，I_大=$\frac{{U}_{總}(cāng)}{{R}_{最小}}$，當(dāng)變阻器連入電路中的阻值為0時(shí)，電路中的最小阻值為5Ω，電源電壓的最小值U_總=I_大R_最小=0.5A×5Ω=2.5V；I_小=$\frac{{U}_{總}(cāng)}{{R}_{最大}}$，而定值電阻值與變阻器串聯(lián)的最大值為25Ω+10Ω=35Ω，所以，小亮選擇的電源電壓的最大值為U_總=I_小R_最大=0.1A（25Ω+10Ω）=3.5V；即電源電壓只能在2.5V-3.5V范圍內(nèi)．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）燈泡斷路（或小燈泡燈座斷路）；
（3）B；0.5；
（4）25；
（5）2.5V-3.5V．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及測(cè)燈的電功率和探究電流跟電阻的關(guān)系，考查電路的連接、故障的分析、操作的過(guò)程、控制變量法及在探究電流跟電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的選擇和要求，綜合性強(qiáng)，難度大．