Question

7．在復(fù)習(xí)電學(xué)知識(shí)時(shí)，小明在實(shí)驗(yàn)室又做了“測量小燈泡電功率”和“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)中，所用的電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為“30Ω 1A”．

（1）在“測量小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，小明按圖甲所示的電路圖正確連接了電路．實(shí)物中少了兩根導(dǎo)線．請用筆畫線代替導(dǎo)線補(bǔ)上，將圖乙中的實(shí)物電路連接完整．
（2）連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開，滑動(dòng)變阻器滑片P應(yīng)放在最左端（選填“左”或“右”）．
（3）閉合開關(guān)后，移動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V 時(shí)，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為1.52W．
（4）移動(dòng)變阻器的滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成如圖丁所示的小燈泡的I-U 圖象．由圖象可知：當(dāng)小燈泡兩端的電壓增大時(shí)，小燈泡的電阻變大（選填“變大”、“不變”或“變小”），如果小燈泡兩端的電壓為1.9V，則小燈泡的實(shí)際功率大于0.38W（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）在做“探究電流與電阻關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明所用的四個(gè)定值電阻的阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω．他直接利用測量小燈泡電功率時(shí)所連的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他把電路中的小燈泡取下，電路的其他元件連接方式不動(dòng)，把四個(gè)定值電阻分別接入電路中進(jìn)行探究．如果要保證電路中各元件的安全，且用四個(gè)電阻都能順利地完成實(shí)驗(yàn)，則定值電阻兩端的電壓應(yīng)該在B范圍內(nèi)選擇．
A．U≤3V       B． 2.4V≤U≤3V      C．U≥3V      D．3V≤U≤6V．

Answer 1

分析 （1）在“測量小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)燈泡的額定電壓判斷出電壓表的量程，然后根據(jù)滑動(dòng)變阻器的使用和電壓表并聯(lián)使用的特點(diǎn)連接實(shí)物電路圖．
（2）連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開；在閉合開關(guān)之前，滑動(dòng)變阻器應(yīng)處于最大阻值處，是為了防止電流過大燒壞電路元件；
（3）根據(jù)電表的量程和分度值讀出電表的示數(shù)，根據(jù)P=UI即可計(jì)算燈泡的額定功率；
（4）根據(jù)R=$\frac{U}{I}$得出燈泡的電阻與與電壓的關(guān)系，然后根據(jù)歐姆定律判斷出燈泡的實(shí)際電流，利用P=UI即可判斷實(shí)際功率的大�。�
（5）“探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)控制不同值電阻的電壓保持不變，電流表允許通過的最大電流為
I_最大=0.6A，根據(jù)歐姆定律，I_最大=$\frac{{U}_{最大}}{{R}_{最小}}$，U_最大=I_最大R_最小，在求定值電阻兩端的最大電壓時(shí)，應(yīng)以最小的定值電阻為準(zhǔn)；
當(dāng)選用最大的定值電阻20Ω時(shí)，且變阻器連入電路中的電阻最大時(shí)，電路中的電流最小，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)，即通過定值電阻的最小電流，I_最小=$\frac{{U}_{最小}}{{R}_{最大}}$，所以，U_最小=I_最小R_最大，所以，在求定值電阻兩端的最小電壓時(shí)，應(yīng)以最大的定值電阻為準(zhǔn)．

解答 解：（1）由圖甲所示電路圖可知，燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)，電流表串聯(lián)在電路中，根據(jù)燈泡的額定電壓為3.8V可知電壓表的量程選0～15V，則實(shí)物電路圖如圖所示：

（2）為保護(hù)電路，在連接電路時(shí)，應(yīng)斷開開關(guān)；在閉合開關(guān)之前，滑動(dòng)變阻器應(yīng)處于最大阻值，即在左端；
（3）當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V，燈泡正好正常工作，由乙圖：電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以通過燈泡的電流I=0.4A，
則燈泡的額定功率P_額=U_額I=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）由圖象可知：$\frac{U}{I}$的比值隨電壓的增大而增大，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$可知對應(yīng)的電阻是逐漸增大．
如果小燈泡兩端的電壓為1.9V，即：U_實(shí)=1.9V=$\frac{1}{2}$U_額，
由于燈泡的電阻隨電壓的增大而增大，則通過燈泡的實(shí)際電流I_實(shí)＞$\frac{1}{2}$I_額=$\frac{1}{2}$×0.4A=0.2A，
所以，P_實(shí)=U_實(shí)I_實(shí)＞1.9V×0.2A=3.8W．
（5）探究電流與電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)控制不同電阻的電壓保持不變，根據(jù)把5Ω、10Ω、15Ω、20Ω分別接入電路中進(jìn)行探究，保證電路中各元件的安全，且用四個(gè)電阻都能順利地完成實(shí)驗(yàn)：
因電流表的量程為0～0.6A，所以電路中的最大電流為0.6A，當(dāng)接入最小的電阻5Ω時(shí)，電壓表示數(shù)即為允許的最大電壓U_最大=R_最小I_最大=5Ω×0.6A=3V；
因變阻器的最大阻值為30Ω，當(dāng)變阻器電阻全部連入電路中時(shí)，若接入最大的電阻R_最大=20Ω，此時(shí)電路中的最小電流I_最小=$\frac{U}{{R}_{定最大}+{R}_{滑最大}}$=0.12A，定值電阻的最小電壓U_小=I_小R_定大=0.12A×20Ω=2.4V．
所定值電阻兩端的電壓應(yīng)該在 2.4V≤U≤3V范圍內(nèi)，故選B．
故答案為：（1）圖見上；（2）斷開；左；（3）1.52；（4）變大；大于；（5）B．

點(diǎn)評 本題測量連接實(shí)物電路圖、燈泡電功率，考查額定功率的計(jì)算、影響電阻大小的因素、實(shí)際功率的大小的計(jì)算，在探究電流與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中主要考查了控制變量法的運(yùn)用及完成實(shí)驗(yàn)對定值電阻的電壓要求，最后兩問難度大，綜合性強(qiáng)，對能力要求高．