Question

3．按如圖1所示電路圖做“測量小燈泡的功率”的實驗．所用器材有：標有“3.8V”字樣的待測小燈泡、電壓恒為6V的電源、標有“20Ω 1A”的滑動變阻器、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）、開關及導線若干．

（1）某學生在實驗時，把電流表與電壓表的位置交換連接了，閉合開關后會造成D．（填選項前的字母）
A．電流表燒壞　　B．電壓表燒壞   C．小燈泡燒壞　　D．小電燈不亮
（2）另一學生按圖連接電路后，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)，經(jīng)檢查，導線連接完好，則電路故障是：小燈泡斷路，排除該故障換用新元件后，閉合開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學生在操作過程中的不當之處是：閉合開關前滑動變阻器滑片沒有移到最大阻值處．
（3）小明同學按電路圖正確連接電路后，閉合開關，從大到小調節(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	0.4
2.5	0.22	0.55
3.0	0.25	0.75
3.8	0.30	1.14
4.5	0.32	1.14

①通過上表數(shù)據(jù)，可算得小電燈的額定功率為1.14W，還可得出關于燈絲電阻的結論是：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②當小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.33Ω．
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V 電源的兩端，兩燈消耗的總功率為1.5W．
（4）若電壓表的0～15V量程已損壞，只能使用0～3V量程，其它器材不變，如何測出小電燈的額定功率？
①在如圖2的虛線框中畫出測量電路圖；
②若小電燈兩端最大可加4.5V電壓，為保證實驗時你所設計的測量電路中各元件的安全，參照小明的實驗數(shù)據(jù)，估算滑動變阻器接入電路的阻值范圍應為4.7Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）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，電路中的電流很小；
（2）根據(jù)電路圖可知，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，根據(jù)燈泡的是否發(fā)光和電壓表的示數(shù)確定電路故障；
開關閉合后，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前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）①根據(jù)P=UI分別求出燈泡在不同電壓下的功率；
當燈泡兩端電壓為額定電壓時，燈泡的實際功率等于燈泡的額定功率；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
②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，則根據(jù)歐姆定律即可求出滑動變阻器連入電路的阻值；
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，則每個燈泡兩端的電壓為3V，由表格數(shù)據(jù)找出燈泡兩端的電壓為3V時的電流，即可根據(jù)P=UI求出總功率．
（4）①0～15V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；
②根據(jù)題意確定滑動變阻器兩端的最大電壓與最小電壓值，由串聯(lián)電路特點求出相應的燈泡電壓，由表中數(shù)據(jù)找出電壓所對應的電流，然后由歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的最大與最小阻值，然后確定其范圍．

解答 解：（1）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，故燈泡不亮，選D；
（2）閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)，說明電路故障為斷路，并且電壓表與電源兩極相連，故小電燈斷路；
開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學生在操作過程中的不當之處是：閉合開關前滑動變阻器滑片沒有移到最大阻值處；
 （3）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可：P₁=U₁I₁=2V×0.2A=0.4W，
P₂=U₂I₂=2.5V×0.22A=0.55W，
P₃=U₃I₃=3V×0.25A=0.75W，
P₄=U₄I₄=3.8V×0.3A=1.14W，
P₅=U₅I₅=4.5V×0.32A=1.44W；
當燈泡兩端電壓為3.8V時，燈泡的實際功率等于額定功率，即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，由此可見：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，當小電燈正常工作時，電流為I=0.3A，
滑動變阻器兩端電壓為U₂=U-U_額=6V-3.8V=2.2V，則根據(jù)歐姆定律得連入電路的阻值R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.33Ω．
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，則根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點可知，燈泡兩端的電壓為3V，由表中數(shù)據(jù)可知，當燈泡兩端的電壓為3V時，電流I′為0.25A，
則兩燈消耗的總功率P=UI′=6V×0.25A=1.5W．   
（4）①電源、開關、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；

②a、當電壓表示數(shù)為最大值3V時，小電燈兩端的電壓為6V-3V=3V，由表中數(shù)據(jù)知，電流為0.25A，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑1=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
b、當小電燈電壓為4.5V時，由表中數(shù)據(jù)知，電路電流為0.32A，此時滑動變阻器兩端電壓為6V-4.5V=1.5V，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑2=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
則滑動變阻器接入電路的阻值范圍是4.7Ω～12Ω；
故答案為：（1）D；
（2）小電燈斷路；閉合開關前滑動變阻器的滑片沒有移到最大阻值處；
（3）①0.4；0.55；0.75；1.14；1.44；1.14；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；②7.33；③1.5；
（4）①如下圖所示；  ②4.7；  12．

點評 本題考查了故障分析、求功率、求電阻阻值、數(shù)據(jù)處理、設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；解題時要認真、細心答題．