Question

如圖所示的電路中，電源電壓恒為4.5V，電壓表量程0～3V，電流表量程0～0.6A，滑動變阻器規(guī)格是“10Ω 1A”．當在a、b兩點間接入燈泡或定值電阻時，可以進行很多的電學實驗．
（1）當在a、b兩點間接入標有“2.5V  1.25W”的小燈泡時，若閉合開關(guān)，為了保證兩電表示數(shù)均不超過所選的量程，燈泡兩端電壓不允許超過額定電壓，不考慮燈絲電阻的變化．則電壓表的示數(shù)變化范圍是

 

，滑動變阻器允許調(diào)節(jié)的阻值范圍是

 

．
（2）保證電路中其他元件不變，只將a、b間分別接入5Ω、10Ω、15Ω幾個不同阻值的定值電阻，控制a、b間電壓不變，此時是為了探究電流與

 

的關(guān)系；為了使這三個電阻都能為實驗所用，應(yīng)控制a、b間電壓不低于

 

．

Answer 1

分析：（1）燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端的電壓，電流表測電路中的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定電流，然后結(jié)合電流表的量程確定電路中的最大電流，此時滑動變阻器接入電路中的電阻最小，根據(jù)歐姆定律求出電路中的總電阻和燈泡的電阻，利用電阻的串聯(lián)求出滑動變阻器接入電路中的最小值；滑動變阻器的阻值全部接入電路時，電路中的電流最小，電壓表的示數(shù)最小，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的最小電流，利用歐姆定律求出電壓表的最小示數(shù)，然后根據(jù)電壓表的量程和燈泡的額定電壓確定電壓表的最大示數(shù)，近一步確定電壓表的示數(shù)變化范圍；
（2）①通過導體的電流與兩端的電壓和導體的電阻有關(guān)，要探究電流與電阻的關(guān)系時應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變，改變定值電阻的阻值；
②當阻值為15Ω的定值電阻與整個滑動變阻器串聯(lián)時電壓表的示數(shù)最小，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)歐姆定律求出電壓表保持的最小電壓．

解答：解：（1）燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端的電壓，電流表測電路中的電流．
根據(jù)P=UI可得，燈的額定電流：
I_L=

PL

UL

=

1.25W

2.5V

=0.5A，
∵串聯(lián)電路中各處的電流相等，且電流表的量程為0～0.6A，
∴電路中的最大電流為I_max=0.5A，
∵I=

U

R

，
∴燈泡的電阻R_L=

UL

IL

=

2.5V

0.5A

=5Ω，電路中的總電阻R=

U

Imax

=

4.5V

0.5A

=9Ω，
∵串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
∴滑動變阻器接入電路中的最小阻值：
R_滑=R-R_L=9Ω-5Ω=4Ω，
∴滑動變阻器的電阻允許調(diào)節(jié)的范圍是4Ω～20Ω；
當滑動變阻器接入電路中的電阻最大時，電路中的電流最小，電壓表的示數(shù)最小，
此時電路中的最小電流：
I_min=

U

RL+R滑

=

4.5V

5Ω+10Ω

=0.3A，
電壓表的最小示數(shù)：
U_Lmin=I_minR_L=0.3A×5Ω=1.5V，
∵燈泡的額定電壓為2.5V，電壓表的量程為0～3V，
∴電壓表的最大示數(shù)為2.5V，
∴電壓表示數(shù)的變化范圍是1.5V～2.5V．
（2）由題意可知，定值電阻的阻值不同，但兩端的電壓相同，則此時是為了探究電流與電阻的關(guān)系；
當阻值為15Ω的定值電阻與整個滑動變阻器串聯(lián)時，電路中的電流：
I=

U

R+R滑

=

4.5V

15Ω+10Ω

=0.18A，
定值電阻兩端電壓：
U_R=IR=0.18A×15Ω=2.7V，
∴為保證在滑動變阻器變阻范圍內(nèi)完成本實驗，定值電阻兩端電壓不能低于2.7V．
故答案為：（1）1.5V～2.5V；4Ω～20Ω；（2）電阻；2.7V．

點評：本題考查了串聯(lián)電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應(yīng)用，關(guān)鍵點有：一是會根據(jù)燈泡的額定電壓和電流表的量程確定電路中的最大電流；二是根據(jù)燈泡的額定電壓和電壓表的量程確定電壓表的最大示數(shù)；三是根據(jù)定值電阻的阻值最大時分得的最小電壓確定（2）實驗中電壓表保持的最小示數(shù)．