Question

20．一個額定電壓是2.5V的小燈泡，正常工作時的電阻約為8?．小明想測量它的額定功率，實驗室中有如下器材：電源（電壓恒為6V）、電流表、電壓表、開關(guān)各1個，規(guī)格分別為“10?  1A”和“50?  0.5A”的滑動變阻器2個，導(dǎo)線若干．

（1）小明設(shè)計了如果甲所示的電路，他應(yīng)選用規(guī)格為50?0.5A的滑動變阻器．
（2）小明正確連線后，繼續(xù)實驗．當(dāng)電壓表的示數(shù)為2.5V時，電流表的示數(shù)如圖乙所示，小燈泡的額定功率是0.8W．
（3）實驗結(jié)束后，小明整理實驗器材時，發(fā)現(xiàn)滑動變阻器的AP部分比PD部分熱，這是因為AP部分與PD部分串聯(lián)，電流相等，AP部分電阻比PD部分電阻大，根據(jù)焦耳定律可知，在通電時間相等的條件下，AP部分產(chǎn)生的熱量多．
（4）某學(xué)生在實驗時，把電流表與電壓表的位置交換轉(zhuǎn)接了，閉合開關(guān)后會造成D（填選項前的字母）
A．電流表燒壞          B．電壓表燒壞
C．小電燈燒壞          D．小電燈不亮
（5）另一學(xué)生按圖連接電路后，閉合開關(guān)時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過程中的不當(dāng)之處是：
閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處．
（6）小時同學(xué)用上述裝置測量標(biāo)有“3.8V”字樣的待測小電燈的功率，用電壓恒為6V的電源、標(biāo)有“20?  1A”的滑動變阻器按電路圖正確連接電路后，閉合開關(guān)，從大到小調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，并將正確操作下的電壓表和電流表的示數(shù)填入下表．

電壓表的示數(shù)U/V	電流表的示數(shù)I/A	小電燈的功率P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

通過上表數(shù)據(jù)，可算得小電燈的額定功率1.14W，還可得出關(guān)于燈絲電阻的結(jié)論是：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；當(dāng)小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.3?．若電壓表的0～15V量程已損壞，只能使用0～3V量程，其他器材不變，如何測出小電燈的額定功率？在圖丙虛線框中畫出測量電路圖．

Answer 1

分析 （1）電源電壓是6V，燈泡和滑動變阻器是串聯(lián)，燈泡正常工作的電壓是2.5V，根據(jù)歐姆的定律求出燈泡正常發(fā)光時通過燈泡電流的大約值；根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特求出燈泡正常工作時，滑動變阻器兩端電壓，然后根據(jù)歐姆定律的變形公式求出滑動變阻器接入電路阻值的最小值，從而確定滑動變阻器的規(guī)格；
（2）電流表的讀數(shù)：首先確定使用的量程，然后確定每一個大格和每一個小格代表的示數(shù)；根據(jù)P=UI求出額定功率；
（3）根據(jù)公式Q=W=UIt=I²Rt，在電流和通電時間相同時，電阻越大，產(chǎn)生的熱量越多；
（4）電壓表的電阻很大，故把電流表與電壓表的位置交換連接后，電路中的電流很��；
（5）開關(guān)閉合后，燈閃亮一下后立即熄滅，說明電路電流太大，電路電阻太小造成的，原因可能是閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（7）①由表找出燈泡的額定電壓對應(yīng)的電流，然后由P=UI求出燈泡的額定功率；
由表可知：隨電壓增大，燈泡的阻值增大，可從溫度對電阻的影響分析原因；
②由表找出燈泡正常工作時的電路電流，由串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)求出滑動變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的阻值；
③0～15V量程已損壞，而燈泡額定電壓為3.8V，超過電壓表的另一量程0～3V；電源電壓是6V，燈泡正常發(fā)光時，與燈泡串聯(lián)的滑動變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，小于電壓表量程0～3V，因此可以用電壓表測滑動變阻器電壓，以便間接測量燈泡電壓，據(jù)此作出電路圖．

解答 解：（1）電源電壓是6V，燈泡和滑動變阻器是串聯(lián)；
燈泡正常發(fā)光時，通過電路的電流約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=$\frac{5}{16}$A≈0.3A；
因為串聯(lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和，所以燈泡正常工作時，滑動變阻器兩端電壓：U_滑=6V-2.5V=3.5V；
由I=$\frac{U}{R}$可知，此時滑動變阻器接入電路的阻值：R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{\frac{5}{16}A}$=11.2Ω，則滑動變阻器最大阻值不應(yīng)小于11.2Ω，允許通過的電流不小于0.3A．所以滑動變阻器選擇“50Ω 0.5A”．
（2）由圖乙所示電流表可知，其量為0～0.6A分度值為0.02A，示數(shù)是0.32A；
燈泡的額定電壓是2.5V，額定電流是0.32A，P=UI=2.5V×0.32A=0.8W．
（3）AP部分與PD部分串聯(lián)，電流相等，AP部分電阻比PD部分電阻大，根據(jù)焦耳定律可知，在通電時間相等的條件下，AP部分產(chǎn)生的熱量多，所以滑動變阻器的AP部分比PD部分熱；
（4）把電流表與電壓表的位置交換連接后，電壓表串聯(lián)在電路中，電路中電阻較大，電流較小，故小電燈不亮，選D；
（5）閉合開關(guān)時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過程中的不當(dāng)之處是：閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（6）①由表中數(shù)據(jù)知，燈泡額定電壓U=3.8V對應(yīng)的電流I=0.3A，則燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中數(shù)據(jù)及R=$\frac{U}{I}$可知，隨小電燈電壓的增大，小電燈電阻變大，這是因為：隨電壓增大、電流隨之增大，小電燈的實際功率P=UI也增大，燈的溫度升高，故燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②小電燈正常發(fā)光時，電壓為額定電壓U_燈=3.8V，由表中數(shù)據(jù)知，此時電路電流I=0.3A，
由串聯(lián)電路特點(diǎn)知，滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈=6V-3.8V=2.2V，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③電源、開關(guān)、滑動變阻器、燈泡、電流表組成串聯(lián)電路，電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端，電路圖如圖所示；

故答案為：（1）50Ω 0.5A；（2）0.8；（3）AP部分與PD部分串聯(lián)，電流相等，AP部分電阻比PD部分電阻大，根據(jù)焦耳定律可知，在通電時間相等的條件下，AP部分產(chǎn)生的熱量多；（4）D；（5）閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；（6）1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；7.3．

點(diǎn)評 本題考查了滑動變阻器的選擇、故障分析、求功率、求電阻阻值、設(shè)計實驗電路圖等問題，最后一問求滑動變阻器接入電路的阻值范圍有一定難度；解題時要認(rèn)真、細(xì)心答題．