Question

11．如圖1所示，王強(qiáng)同學(xué)觀察到現(xiàn)在的手電筒大都由原來(lái)的一個(gè)小燈泡換成了多顆發(fā)光二極管，他通過(guò)使用發(fā)現(xiàn)這種手電筒非常明亮而且還非常省電，他很好奇，于是就到電子器材商店買(mǎi)了兩顆這種發(fā)光二極管準(zhǔn)備用實(shí)驗(yàn)測(cè)出它的額定功率，從包裝盒上，他了解到這種發(fā)光二極管的額定電壓是3V，正常發(fā)光時(shí)電阻約為80Ω左右，當(dāng)他選好器材（電源是電壓為6V的蓄電池，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20Ω、1A”字樣）并將實(shí)驗(yàn)電路連城如圖甲所示的情況后：

（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線當(dāng)導(dǎo)線，把電路連接完整．
（2）實(shí)驗(yàn)前，老師建議王強(qiáng)同學(xué)先使用電壓表的大量程，王強(qiáng)將電路連好并檢查無(wú)誤后，再將滑動(dòng)變阻器調(diào)到阻值最大的位置，這時(shí)，他閉合開(kāi)關(guān)后發(fā)現(xiàn)發(fā)光二極管非常明亮且還冒煙，接著就被燒壞了，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是滑動(dòng)變阻器的最大阻值太小，使發(fā)光二極管兩端電壓過(guò)高．
（3）當(dāng)王強(qiáng)找到原因換上合適的器材后，按照正確的操作規(guī)則將電壓表的示數(shù)調(diào)到3V，這時(shí)他觀察到電流表示數(shù)如圖乙所示，則這時(shí)通過(guò)發(fā)光二極管的電流是0.04A，發(fā)光二極管的額定功率是0.12W．
（4）在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器所起的作用是：①保護(hù)電路；②調(diào)節(jié)發(fā)光二極管兩端電壓．
（5）完成上述實(shí)驗(yàn)后，王強(qiáng)還想測(cè)量一段電爐絲的電阻R_x，可是在連接電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表和滑動(dòng)變阻器、電源都已損壞，于是王強(qiáng)就利用一定值電阻R和一個(gè)新的電源，重新設(shè)計(jì)并連接如圖2所示的電路，電源電壓位置且恒定不變，請(qǐng)把下列實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整：①只閉合開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，兩電阻串聯(lián)，R兩端的電壓為U₁；②只閉合開(kāi)關(guān)S₂，讀出電壓表的示數(shù)U₂；
③由串聯(lián)電路特點(diǎn)知，電阻R_x兩端的電壓U_x=U₂-U₁，電路中的電流I′=$\frac{{U}_{1}}{R}$；．
電阻表達(dá)式R_x=$\frac{（{U}_{2}-{U}_{1}）R}{{U}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)發(fā)光二極管的額定電壓確定電壓表的量程，且與二極管并聯(lián)；根據(jù)歐姆定律求出額定電流的大約值確定電流表的量程，且與二極管串聯(lián)．
（2）由電路圖可知滑動(dòng)變阻器接入電路最大阻值的位置，根據(jù)發(fā)光二極管被燒壞了說(shuō)明電路中的電流過(guò)大．
（3）額定電壓下發(fā)光二極管正常工作，根據(jù)電流表的量程和分度值讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)P=UI求出光二極管的額定功率．
（4）滑動(dòng)變阻器的一個(gè)作用是保護(hù)電路，另一作用是調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片位置，改變電路總電阻，電路電流改變，從而改變二極管兩端的電壓．
（5）由電路圖2可知，只閉合開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，兩電阻串聯(lián)，電壓表測(cè)R兩端的電壓；斷開(kāi)S₁、閉合S₂時(shí)，電壓表測(cè)電源的電壓；根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)求出Rx兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出Rx的阻值．

解答 解：（1）發(fā)光二極管的額定電壓為3V，所以電壓表的量程為0～3V，且與發(fā)光二極管并聯(lián)；發(fā)光二極管的額定電流約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{80Ω}$=0.0375A，故電流表的量程為0～0.6A，且與發(fā)光二極管串聯(lián)，如下圖所示：

（2）由圖可知，滑動(dòng)變阻器滑片位于A端時(shí)接入電路的電阻最大；
發(fā)光二極管被燒壞了說(shuō)明電路中的電流過(guò)大，即滑動(dòng)變阻器的最大阻值太小造成的．
（3）按照正確的操作規(guī)則將電壓表的示數(shù)調(diào)到3V；
電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以電流表的示數(shù)為0.04A，
發(fā)光二極管的額定功率P=UI=3V×0.04A=0.12W．
（4）滑動(dòng)變阻器的作用是：①保護(hù)電路；②調(diào)節(jié)發(fā)光二極管兩端電壓．
（5）實(shí)驗(yàn)步驟：①只閉合開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，兩電阻串聯(lián)，R兩端的電壓為U₁；②只閉合開(kāi)關(guān)S₂，讀出電壓表的示數(shù)U₂；
③由串聯(lián)電路特點(diǎn)知，電阻R_x兩端的電壓U_x=U₂-U₁，電路中的電流I′=$\frac{{U}_{1}}{R}$；
電阻R_x的阻值R_x=$\frac{{U}_{X}}{I}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{\frac{{U}_{1}}{R}}$=$\frac{（{U}_{2}-{U}_{1}）R}{{U}_{1}}$．
故答案為：
（1）如圖所示；
（2）滑動(dòng)變阻器的最大阻值太小，使發(fā)光二極管兩端電壓過(guò)高；
（3）0.04； 0.12；
（4）①保護(hù)電路；②調(diào)節(jié)發(fā)光二極管兩端電壓；
（5）①只閉合開(kāi)關(guān)S₁時(shí)，兩電阻串聯(lián)，R兩端的電壓為U₁；②只閉合開(kāi)關(guān)S₂，讀出電壓表的示數(shù)U₂；
③由串聯(lián)電路特點(diǎn)知，電阻R_x兩端的電壓U_x=U₂-U₁，電路中的電流I′=$\frac{{U}_{1}}{R}$；$\frac{（{U}_{2}-{U}_{1}）R}{{U}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物圖、滑動(dòng)變阻器的作用、電流表讀數(shù)、求發(fā)光二極管的功率等內(nèi)容，是實(shí)驗(yàn)的�？純�(nèi)容；連接電路時(shí)要注意滑動(dòng)變阻器的接法，滑動(dòng)變阻器四個(gè)接線柱不能同時(shí)接上面兩個(gè)接線柱，應(yīng)接一上一下兩個(gè)接線柱；對(duì)電表讀數(shù)時(shí)應(yīng)先確定電表的量程與最小分度值，然后根據(jù)指針位置讀數(shù)．