Question

7．某同學在“測量小燈泡電功率”的實驗中，設計了如圖甲所示的電路圖．小燈泡上標有“2.5V”字樣（電阻約為10Ω），電源電壓為4.5V，滑動變阻器標有“20Ω，2A”．請回答下列問題．

（1）連接電路時開關應斷開．
（2）請你用筆畫線代替導線，將實物甲圖連接完整．
（3）閉合開關前，應將滑動變阻器的滑片移到A （選填“A”或“B”）端．
（4）實驗中分別記下了多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制了U-I圖象如圖乙所示．根據U-I圖象提供的信息，當加在小燈泡兩端的電壓為1.5V時，小燈泡的電阻是7.5Ω．由圖象可知小燈泡的額定功率是0.625 W；
（5）另一位同學利用上述實驗儀器和實驗電路，用阻值為5Ω、10Ω、20Ω、30Ω的定值電阻各一個替換小燈泡，探究“電流與電阻的關系”實驗．
①將5Ω定值電阻接入電路后，閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數為2.5V，記下電流表示數．
②將5Ω定值電阻換成10Ω定值電阻，閉合開關，為了保持電壓表 的示數不變，應將滑動變阻器的阻值調大（選填“大”或“小”），記錄此時各表的示數．
③當他用30Ω定值電阻進行實驗時，發(fā)現無論如何移動滑動滑片P都無法使電壓表示數達到2.5V不變，你認為其原因可能是滑動變阻器的最大阻值太小了（填一種即可）．

Answer 1

分析 （1）為保護電路，連接電路過程中開關應斷開；
（2）根據歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值據此確定電流表的量程，且與燈泡串聯；
（3）閉合開關前，應將滑片移至最大阻值處；
（4）由圖象求出燈泡電壓為額定電壓U=2.5V時，電路電流I，由P=UI可求出燈泡的額定功率．讀出1.5V時的電流值，根據R=$\frac{U}{I}$計算出電阻值；
（5）②根據串聯電路的分壓特點，換接電阻后，應保持電壓表的示數不變，根據串分壓的知識判斷滑片的移動方向；
③根據歐姆定律求出若換用30Ω的定值電阻進行實驗時定值電阻兩端的電壓，根據能否使電壓表的示數等于2.5V得出結論．

解答 解：（1）連接電路時開關應斷開；
（2）燈泡正常發(fā)光時電路中的電流約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以電流表應選擇0～0.6A的量程，電流表與燈泡串聯，如圖所示：

（3）由圖知，滑動變阻器的下面接了右邊的B接線柱，所以閉合開關前，應將滑片移至最左端即A端，使其接入電路的阻值最大；
（4）由圖象可知，當U=1.5V時，I=0.2A，則R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{0.2A}$=7.5Ω；
當U_額=2.5V時，I_額=0.25A，則小燈泡的額定功率P_額=U_額I_額=2.5V×0.25A=0.625W．
（5）②將5Ω電阻換成10Ω后，電阻增大，則電阻兩端分擔的電壓變大，即電壓表的示數會變大，該實驗應控制電壓表的示數保持不變，故應減小定值電阻兩端的電壓，增大滑動變阻器兩端的電壓，根據串聯分壓的規(guī)律可知，應該增大滑動變阻器的阻值；
③當定值電阻為30Ω時，此時滑動變阻器最大阻值為20Ω，設定值電阻兩端的電壓為U_R，根據串聯電路的電壓規(guī)律可知，滑動變阻器兩端的電壓為U-U_R=4.5V-U_R，
串聯電路中各處的電流是相同的，通過定值電阻的電流與通過滑動變阻器的電流相同，
所以$\frac{{U}_{R}}{30Ω}$=$\frac{4.5V-{U}_{R}}{20Ω}$，解得：U_R=2.7V，
由于滑動變阻器的最大阻值太小，定值電阻兩端最小電壓2.7V＞2.5V，無法保持定值電阻兩端電壓始終為2.5V．
故答案為：（1）斷開；（2）如上圖所示；（3）A；（4）7.5；0.625；（5）②電壓表；大； ③滑動變阻器的最大阻值太小了．

點評 本題考查了滑動變阻器的選擇、實物電路的連接、電流表的讀數、故障分析、功率計算以及從圖象獲取信息的能力，從圖象中獲取信息屬于中招的熱點，一定要掌握這種能力．