Question

3．在“測小燈泡電功率”的實驗中，實驗室為每個小組提供的器材有：電壓恒為5V的學(xué)生電源一個，電流表（0～0.6A，0～3A）、電壓表（0～3V，0～15V）各一個，開關(guān)一個，標(biāo)有“20Ω 1A”的滑動變阻器一個，導(dǎo)線若干，額定電壓為3.8V小燈泡一個．實驗前電壓表與電流表均已調(diào)零．

（1）第一組的同學(xué)實驗時連接電路如圖甲所示，檢查時發(fā)現(xiàn)有一根導(dǎo)線接錯了，請你在錯誤的導(dǎo)線上打一個“×”，然后用筆畫線重畫一根導(dǎo)線使電路完整．
（2）開關(guān)閉合前，應(yīng)把滑動變阻器的滑片調(diào)到A．（選填“A”或“B”）端．
（3）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為0，移動滑動變阻器滑片P可以改變電流表的示數(shù)，那么電路的故障原因是小燈泡短路．
（4）排除故障后，調(diào)節(jié)滑片到某一位置時，此時電壓表的示數(shù)如圖乙，則應(yīng)將滑動變阻器滑片向A（選填“A”或“B”）端移動滑片，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時，電流表度數(shù)為0.4A，則小燈泡的額定功率為1.52W．
（5）該小組的同學(xué)們經(jīng)過多次實驗，記錄了多組電壓與電流值，并繪出如圖丙所示圖象．大家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（6）第二小組的同學(xué)在實驗中發(fā)現(xiàn)，本組的電壓表0～15V的量程已損壞，而0～3V的量程可以使用．經(jīng)過研究設(shè)計了如圖丁所示電路，完成了小燈泡功率的測量．實驗時，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為1.2V時，小燈泡正常發(fā)光．
（7）第二小組的同學(xué)在實驗過程中，為保證電表不超量程，小燈泡不超額定值．滑動變阻器接入電路的阻值范圍為3Ω-12Ω．

Answer 1

分析 （1）電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈的兩端．
（2）在閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)移到阻值最大處．
（3）電流表有示數(shù)，說明整個電路是通路，電壓表無示數(shù)，由此找故障的原因．
（4）根據(jù)圖乙知電壓表量程和分度值，讀出其示數(shù)，和額定電壓大小比較我，根據(jù)分壓原理確定滑片的移動方向；根據(jù)P=UI計算小燈泡的額定功率．
（5）從溫度影響電阻的角度分析原因．
（6）由串聯(lián)電路的電壓特點分析說明．
（7）保證電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律結(jié)合圖象計算滑動變阻器接入電路的阻值范圍保證電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律結(jié)合圖象計算滑動變阻器接入電路的阻值范圍．

解答 解：（1）原電路圖中，電壓表串聯(lián)在電路中，電流表并聯(lián)在燈的變阻的兩端，電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈的兩端，如右圖所示；
（2）為了避免電路中電阻過小而燒壞電源或電表，在閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)移到阻值最大處，即A端．
（3）電流表有示數(shù)，說明整個電路是通路，而電壓表無示數(shù)，燈泡也不亮，所以故障的原因可能是燈泡短路了．
（4）由圖乙電壓表使用的是0-15V量程，分度值0.5V，示數(shù)為4.5V，應(yīng)減小燈的電壓，增大變阻器分得的電壓根據(jù)分壓原理，滑片向A端移動；所以小燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（5）隨著電壓的增大，燈的實際功率也逐漸增大，燈的溫度逐漸升高，而金屬的電阻隨溫度的升高而增大，即電壓表與電流表的示數(shù)之比變大．
（6）由圖丁，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時電壓為3.8V，此時滑動變阻器兩端電壓U_變=U-U_額=5V-3.8V=1.2V，即電壓表示數(shù)為1.2V時，小燈泡正常發(fā)光．
（7）由題為使電壓不超量程，小燈泡不超額定值，電壓表示數(shù)最大3V，最小1.2V，
當(dāng)電壓表示數(shù)最小為1.2V時，變阻器連入阻值最小，燈正常工作，I=I_L=I_變=0.4A，
所以變阻器連入的最小值R_變=$\frac{{U}_{變}}{{I}_{變}}=\frac{1.2V}{0.4A}$=3Ω；
當(dāng)電壓表示數(shù)最大為3V時，變阻器連入阻值最大，燈泡電壓U_L=5V-3V=2V，由圖象可知此時I′=I_L′=I_變′=0.25A，
所以變阻器連入的最大值R_變′=$\frac{{U′}_{變}}{{I′}_{變}}=\frac{3V}{0.25A}$=12Ω，
所以電壓不超量程，小燈泡不超額定值，滑動變阻器接入電路的阻值范圍為3Ω-12Ω．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）A；
（3）小燈泡短路；
（4）A；1.52；
（5）燈絲電阻隨溫度的升高而變大；
（6）1.2；
（7）3Ω-12Ω．

點評 本題測小燈泡電功率，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、電功率的計算、影響電阻大小的因素、器材的選擇等知識，考點多，綜合性較強(qiáng)．