Question

4．以下是某班開展“制作模擬調(diào)光燈”綜合實(shí)踐活動的片斷．根據(jù)題意回答或解決有關(guān)問題．
【實(shí)驗(yàn)器材】：學(xué)生電源（恒為6V）、規(guī)格為“2.5V 0.25A“的小燈泡、規(guī)格為“20Ω  2A”
的滑動變阻器、電流表（量程0-0.6A）、電壓表（量程0-3V）、開關(guān)和若干導(dǎo)線，另有各種規(guī)格的定值電阻可供任意選用（均標(biāo)注電阻值和允許通過的最大電流值）．
【制作要求】：亮度可連續(xù)調(diào)節(jié)；在調(diào)光的整個(gè)過程中，燈兩端的電壓不超過2.5V．
思考與制作：（略）
【交流與評價(jià)】：
（1）小明實(shí)驗(yàn)桌上的情景如圖（a）．不少同學(xué)認(rèn)為，該調(diào)光燈不符合制作要求．請你指出不符合要求之處：滑動變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會超過2.5V；

（2）小華同學(xué)認(rèn)為：可在小明的電路中再串聯(lián)一只規(guī)格合適的定值電阻R₀（如圖b）就能符合要求．根據(jù)題意和有關(guān)計(jì)算，可確定R₀的規(guī)格：R₀的阻值為14Ω，允許通過的最大電流不小于0.25A；
（3）小麗同學(xué)認(rèn)為：可將電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，在調(diào)光過程中，當(dāng)觀察到電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)，在變阻器上做標(biāo)記或安裝限位裝置，以限定滑動變阻器滑片移動的范圍；
（4）當(dāng)燈泡都正常發(fā)光時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)，小明的電路消耗的電能為W₁，小華的電路消耗的電能為W₂，則W₁=W₂．（選填“=”、“＜”或“＞”）

Answer 1

分析 （1）由圖可知電路的構(gòu)成及滑動變阻器的接法，分析燈泡兩端的電壓范圍可知電路能否正常工作，則可得出不符合要求之處；
（2）要使滑動變阻器能隨意調(diào)節(jié)，則應(yīng)讓滑動變阻器短路時(shí)，燈泡仍不會超額定電壓，則由串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可求得此時(shí)R₀的分壓，而限制電流不能超過燈泡的額定電流，由歐姆定律可求得阻值；
（3）根據(jù)燈泡的額定電壓來限定滑動變阻器的變化范圍；
（4）燈泡正常發(fā)光，其功率都等于燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）由圖可知，滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，要使燈泡正常工作，燈泡兩端的電壓最大不得超過2.5V，則滑動變阻器應(yīng)分壓至少為6V-2.5V=3.5V；
則滑動變阻器接入電阻至少為 $\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；即滑動變阻器接入電阻只能在14Ω～20Ω范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，即滑動變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會超過2.5V．
（2）R₀中允許通過的電流為：I₀=I_L=0.25A，
U₀=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，R0=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；
故R₀的阻值為14Ω，允許通過的最大電流不小于0.25A；
（3）電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，在調(diào)光過程中，當(dāng)觀察到燈泡兩端電壓為2.5V時(shí)，燈泡正常發(fā)光，此時(shí)為滑動變阻器的最大值，在變阻器上做標(biāo)記或安裝限位裝置，以限定滑動變阻器滑片移動的范圍；
（4）當(dāng)燈泡都正常發(fā)光時(shí)，燈泡的電功率都等于額定電功率，根據(jù)W=Pt可得，相同時(shí)間內(nèi)，消耗的電能相等．
故答案為：（1）滑動變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會超過2.5V；
（2）R₀的阻值為14Ω，允許通過的最大電流不小于0.25A；
（3）電壓表示數(shù)為2.5V；（4）=．

點(diǎn)評 本題考查滑動變阻器的連接，要求學(xué)生能認(rèn)直審題，并能靈活應(yīng)用所學(xué)物理知識進(jìn)行分析判斷，對學(xué)生要求較高，題目難度較大．