Question

3．按圖1示的電路圖做“測量小燈泡的功率”的實驗．所用器材有：標有“3.8V”字樣的待測小燈泡、電壓恒為6V 的電源、標有“20Ω 1A”的滑動變阻器、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）、開關及導線若干． 

（1）小張同學按圖連接電路后，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到 最左端時，燈不亮，電壓表有較大的示數．經檢查，導線連接完好，則電路故障是：小電燈斷路．
（2）小明同學按電路圖正確連接電路后，閉合開關，從大到小調節(jié)滑動變阻器的阻值，并將正確操作下的電壓表和電流表的示數填入下表．

電壓表的示數U/V	電流表的示數I/A	小電燈的功率P/W
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通過上表數據，可算得小燈泡的額定功率為1.14W，還可得出關于燈絲電阻的結論是：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②當小燈泡正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.3Ω．
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯后接在6V電源的兩端，兩燈消耗的總功率為1.25 W．
（3）若電壓表的0～15V量程已損壞，只能使用0～3V量程，其它器材不變，如何測出小電燈的額定功率？
①在虛線框中畫出測量電路圖； 
②若小燈泡兩端最大可加4.5V電壓，為保證實驗時你所設計的測量電路中各元件的安全，參照小明的實驗數據，估算滑動變阻器接入電路的阻值范圍應為4.7Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）根據電路圖可知，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，根據燈泡的是否發(fā)光和電壓表的示數確定電路故障；
（2）①由表格數據讀出燈泡正常發(fā)光時的電流，由P=UI計算其額定功率；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
②由串聯電路特點和歐姆定律計算小燈泡正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值；
③兩個相同的這種燈泡串聯在6V電源上，可知兩燈的實際電壓，由此根據表格數據計算實際功率，從而得到總功率；
（3）①電源電壓為6V，根據串聯電路電壓特點，當燈泡電壓為3.8V，滑動變阻器的電壓為2.2V＜3V，可以利用0～3V量程測量滑動變阻器的電壓，據此設計電路圖；
②滑動變阻器兩端的電壓允許的范圍為1.5V～3V，滑動變阻器的電流與燈泡對應電壓時的電流相同，故可求出滑動變阻器的阻值范圍．

解答 解：
（1）閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，燈不亮，電壓表有較大的示數，說明電路故障為斷路，并且電壓表與電源兩極間是通路，所以故障是小電燈斷路；
（2）①由表中數據可知，燈泡電壓3.8V正常發(fā)光，此時通過的電流為0.30A，所以燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中數據及R=$\frac{U}{I}$可知，隨小電燈電壓的增大，通過的電流也增大，但電壓變化大于電流變化，所以小電燈電阻變大，這是因為：隨電壓增大、電流隨之增大，小電燈的實際功率P=UI也增大，燈的溫度升高，由此可見：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②由串聯電路特點和歐姆定律計算小燈泡正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{額}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.30A}$≈7.3Ω；
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯后接在6V電源的兩端，所以兩燈電壓各為3V，由表格數據此時燈泡電流為0.25A，
電路的總功率：P_總=2P_實=2U_實I_實=2×2.5V×0.25A=1.25W；
（3）①當燈泡正常發(fā)光時，即要使燈泡電壓為3.8V，則滑動變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V＜3V，所以把電壓表并聯在滑動變阻器的兩端，移動滑動變阻器的滑片使電壓表的示數為2.2V時，即可進行實驗．電路圖如圖所示：

②當電壓表示數為最大值3V時，小電燈兩端的電壓為6V-3V=3V，由表中數據知，電流為0.25A，此時滑動變阻器接入電路的阻值：
R_滑1=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
當小電燈電壓為4.5V時，由表中數據知，電路電流為0.32A，此時滑動變阻器兩端電壓為6V-4.5V=1.5V，此時滑動變阻器接入電路的阻值：
R_滑2=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
則滑動變阻器接入電路的阻值范圍是4.7Ω～12Ω．
故答案為：（1）小電燈斷路；
（2）①1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.3；③1.25；
（3）①見上圖；②4.7；12．

點評 本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律以及電功率公式的應用、故障分析、求功率、求電阻阻值、數據處理、電路圖的設計等問題，需要注意兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯后直接接在6V電源的兩端，燈泡兩端的電壓為3V，電流需要從數據中判斷．