Question

1．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的電源一個，電流表（0～0.6A、0～3A）、電壓表（0～3V、0～15V）各一個，開關一個，標有“20Ω  lA”的滑動變阻器一個，導線若干，額定電壓為4V小燈泡一個．實驗前電壓表與電流表均已調零．
第一小組的同學實驗時按如圖甲所示方式連接電路．

（1）為完成實驗，請用筆畫線代替導線，將甲圖連接完整．
（2）閉合開關前，滑動變阻器的滑片應調至最右（填“左”或“右”）端．若開關閉合后，發(fā)現無論怎樣調節(jié)滑動變阻器，小燈泡發(fā)光較暗且亮度一直不變，則故障原因是滑動變阻器同時使用了下面兩個接線柱．
（3）故障排除后，調節(jié)滑動變阻器的滑片，當電壓表示數為2V時，電流表示數如圖乙所示，此時通過小燈泡的電流為0.22A，小燈泡此時的電功率為0.44W．若要測量小燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片向左（填“左”或“右”）移動，直到電壓表示數為4V為止．
（4）移動滑動變阻器的滑片，記下多組電流表及對應電壓表的示數，并畫出圖丙所示的I-U圖象，從圖象可算出小燈泡的額定功率為1.6W．
（5）第一組同學繼續(xù)調節(jié)滑動變阻器的過程中，小燈泡突然熄滅，電壓表示數變大（填“變大”、“變小”或“不變”），經檢查發(fā)現燈絲燒斷．
（6）第二小組的同學在實驗中發(fā)現，本組的電壓表0～15V的量程已損壞，而0～3V的量程可以使用．經過研究設計了如圖丁所示電路，完成了小燈泡功率的測量．實驗時，調節(jié)滑動變阻器的滑片，當電壓表的示數為1V時，小燈泡正常發(fā)光．
（7）第二小組的同學在實驗過程中，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2.5Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）根據燈泡的額定電壓確定電壓表的量程且與燈泡并聯，滑動變阻器按一上一下的原則串聯在電路中；
（2）發(fā)現無論怎樣調節(jié)滑動變阻器，小燈泡發(fā)光較暗且亮度一直不變，說明滑動變阻器接錯了，把滑動變阻器當定值電阻接入電路了；
（3）根據圖乙電流表的量程和分度值讀出示數，利用P=UI求出小燈泡此時的電功率；由于額定電壓下燈泡的實際功率和額定功率相等，根據串聯電路的分壓特點可知變阻器接入電路中電阻的變化，然后判斷滑片移動的方向；
（4）根據圖象讀出額定電壓下通過燈泡的電流，根據P=UI求出燈泡的額定功率．
（5）燈泡突然燒斷，燈泡斷路，電壓表兩極直接與電源兩極相連，電壓表測電源電壓，電壓表示數變大．
（6）由串聯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，根據串聯電路特點和歐姆定律結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，根據串聯電路特點和歐姆定律結合圖象計算滑動變阻器接入電路的阻值范圍．

解答 解：（1）分析電路圖可知，滑動變阻器應采取“一下一上”的原則串聯在電路中；電壓表應并聯在燈的兩端，由于燈泡的額定電壓為4V，則電壓表的量程為0～15V；如圖所示：

（2）為了避免電路中電流過大而燒壞電源或電表，在閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應移到阻值最大處，即最右端．
燈泡發(fā)光較暗，電流表有示數，說明電流太小，滑動變阻器的阻值太大，任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數不變，說明滑動變阻器同時使用了下面兩個接線柱；
（3）圖乙電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.22A，
小燈泡此時的電功率P=UI=2V×0.22A=0.44W；
由于燈在額定電壓下才能正常工作，此時電壓表示數為2V，小于燈泡的額定電壓4V，要使燈泡正常發(fā)光，應減小滑動變阻器兩端的電壓，減小變阻器接入電路的阻值，所以應向左移動滑片直到電壓表示數為4V為止；
（4）由圖丙可知，燈泡兩端的電壓為4V時，通過的電流為0.4A，
則燈泡的額定功率P_額=U_額I_額=4V×0.4A=1.6W．
（5）實驗中小燈泡的燈絲突然被燒斷，電壓表串聯在電路中，電壓表示數約等于電源電壓，所以電壓表的示數變大．
（6）由圖丁，電壓表測滑動變阻器兩端電壓，當燈泡正常發(fā)光時電壓為4V，由串聯電路電壓的規(guī)律，此時滑動變阻器兩端電壓U_變=U-U_額=5V-4V=1V，即電壓表示數為1V時，小燈泡正常發(fā)光．
（7）圖丁中，為使電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，電壓表示數最大為3V，最小為1V（此時燈泡正常發(fā)光）；
當電壓表示數最小為1V時，變阻器連入阻值最小，由于燈正常工作，I_滑=I_額=0.4A，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得變阻器連入的最小阻值：R_變小=$\frac{{U}_{滑最小}}{{I}_{滑}}$=$\frac{1V}{0.4A}$=2.5Ω；
當電壓表示數最大為3V時，變阻器連入阻值最大，燈泡電壓U_L=5V-3V=2V，由圖丙知此時I_滑′=I_L′=0.25A，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得變阻器連入的最大阻值：R_變大=$\frac{{U}_{滑最大}}{{I}_{滑}′}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω，
所以電壓表不超量程，小燈泡不超額定值，滑動變阻器接入電路的阻值范圍為2.5Ω～12Ω．
故答案為：
（1）如上圖所示；（2）右；滑動變阻器同時使用了下面兩個接線柱；（3）0.22；0.44；左；4；
（4）1.6；（5）變大；（6）1；（7）2.5Ω～12Ω．

點評 本題考查了電壓表量程的選擇、電壓表與滑動變阻器的連接、電路故障的判斷、電流表的讀數、電功率的計算等，要注意額定電壓下燈泡的實際功率和額定功率相等．