Question

6．小亮同學(xué)做測(cè)定“小燈泡的額定電功率”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（小燈泡的正常發(fā)光時(shí)電阻約為10Ω）、滑動(dòng)變阻器R₁（50Ω 1A）、滑動(dòng)變阻器R₂（10Ω 1A）以及符合實(shí)驗(yàn)要求的電壓表和電流表、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）滑動(dòng)變阻器應(yīng)該選用R₁（選填“R₁”“R₂”）．
（3）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，電流表、電壓表有示數(shù)且比較小，則可能是滑動(dòng)變阻器接入了下面兩個(gè)接線柱．
（4）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，燈泡的額定功率是0.75W，此時(shí)小燈泡的電阻為8.33Ω（結(jié)果保留兩位小數(shù)）
（5）由表中的數(shù)據(jù)可知，通過(guò)小燈泡的電流與兩端的電壓不成正比，原因是：燈絲電阻受溫度的影響，若把規(guī)格相同的兩支燈泡串聯(lián)在3V的電源上，兩燈消耗的總功率為0.3 W．

	電壓/V	電流/A	亮暗情況
1	1	0.16	暗
2	1.5	0.22	較亮
3	2.5	0.3	亮

（6）某小組同學(xué)利用圖乙電路探究歐姆定律，研究電流與電阻的關(guān)系．現(xiàn)有器材如下：電源（電壓恒定但未知），四個(gè)定值電阻R₁（5Ω）、R₂（10Ω）、R₃（15Ω）、R₄（20Ω），標(biāo)有“60Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器（阻值模糊不清），電壓表（可用量程：0-3V、0-15V），電流表（可用量程：0-0.6A），導(dǎo)線，開(kāi)關(guān)．把20Ω的電阻接入電路中，剛閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，電流為0.05A．為了用以上四個(gè)定值電阻完成實(shí)驗(yàn)且確保電路安全，如果控制A、B兩點(diǎn)之間電壓在1-2V范圍內(nèi)，滑動(dòng)變阻器的取值范圍5Ω～60Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值，然后確定電流表的量程，且與燈泡串聯(lián)；
（2）根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻，然后確定滑動(dòng)變阻器的規(guī)格；
（3）電流表有示數(shù)說(shuō)明電路是通路，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，說(shuō)明電路中總電阻較大且不變，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（4）額定電壓下燈泡的實(shí)際功率和額定功率相等，根據(jù)P=UI求出額定功率，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)燈泡的電阻；
（5）燈泡電阻隨溫度的增大而增大；兩燈泡串聯(lián)，則平分電壓，各為1.5V，根據(jù)圖象求出對(duì)應(yīng)的電流，再由功率公式可求得功率；
（6）把20Ω的電阻接入電路中，剛閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最大，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電源的電壓，設(shè)電壓表的示數(shù)為U_R，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_R，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律表示出滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻，然后得出U_R=1V時(shí)和U_R=2V時(shí)變阻器接入電路中電阻的范圍，然后得出答案．

解答 解：（1）小燈泡的額定電壓為2.5V，小燈泡的正常發(fā)光時(shí)電阻約為10Ω，
則小燈泡的額定電流約為I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
則電流表的量程為0～0.6A，且與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

（2）小燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為U_滑=U-U_額=6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$得滑動(dòng)變阻器的電阻為R'=$\frac{U'}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω，所以應(yīng)選滑動(dòng)變阻器R₁；
（3）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，電流表、電壓表有示數(shù)且比較小，
說(shuō)明此時(shí)電路中的電阻較大，滑動(dòng)變阻器起不到調(diào)節(jié)電流和電壓的作用，
故故障原因是滑動(dòng)變阻器接入了下面兩個(gè)接線柱；
（4）由表格數(shù)據(jù)可知，燈泡的兩端的電壓為2.5V時(shí)通過(guò)的電流為0.3A，
則燈泡的額定功率P=U_額I_額=2.5V×0.3A=0.75W，
由I=$\frac{U}{R}$得燈泡的電阻R=$\frac{{U}_{額}}{{I}_{額}}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.33Ω；
（5）因燈泡電阻隨溫度的增加而增加，故燈泡電流和電壓不成正比；
兩燈泡串聯(lián)接在3V電源兩端，則每燈泡的電壓為1.5V，
由圖可知，電流為0.20A，則兩燈消耗的總功率P=UI=1.5V×0.2A=0.3W；
（6）把20Ω的電阻接入電路中，剛閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最大，
則電源的電壓U=I₄（R₄+R_滑）=0.05A×（20Ω+60Ω）=4V，
設(shè)電壓表的示數(shù)為U_R，則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_R，
由串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)可得，電路中的電流I′=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{U-{U}_{R}}{{R}_{滑}}$，則R_滑=$\frac{U-{U}_{R}}{{U}_{R}}$R，
當(dāng)U_R=1V時(shí)，R_滑=$\frac{4V-1V}{1V}$R=3R，四個(gè)定值電阻對(duì)于滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻為15Ω、30Ω、45Ω、60Ω，
即滑動(dòng)變阻器接入電路中電阻的范圍為15Ω～60Ω，
當(dāng)U_R=2V時(shí)，R_滑=$\frac{4V-2V}{2V}$R=R，四個(gè)定值電阻對(duì)于滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω，
即滑動(dòng)變阻器接入電路中電阻的范圍為5Ω～20Ω，
綜上可知，滑動(dòng)變阻器的阻值變化范圍為5Ω～60Ω．
故答案為：
（1）如上圖所示；
（2）R₁；
（3）滑動(dòng)變阻器接入了下面兩個(gè)接線柱；
（4）0.75；8.33；
（5）燈絲電阻受溫度的影響；0.3；
（6）5Ω～60Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電功率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，涉及到電流表路程的選擇和連接、串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用以及電路故障的判斷等，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，是一道難度較大的題目．