Question

以下是某班開展“制作模擬調光燈一綜合實踐活動的片段．根據題意回答或者解決有關問題．
實驗器材：學生電源（電壓限取6V擋）、規(guī)格為“2.5V 0.25A”的小燈泡、規(guī)格為“20Ω 2A”的滑動變阻器、開關和若干導線，另有各種規(guī)格的定值電阻可供任意選用（均標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)調節(jié)；在調光的整個過程中，燈兩端的電壓不超過額定電壓．
活動過程：
（1）小燈泡正常發(fā)光時的電阻為______Ω
（2）你準備采取什么措施，讓燈泡能接到6V的電源上．且能調節(jié)亮度．簡要說明你采取的措施______
（3）相互交流時，小強實驗桌上的情景如圖1．不少同學認為該調光燈不符合制作要求．請你指出不符合要求之處：______

（4）小玲同學認為：可在小強的電路中再串聯(lián)一只規(guī)格合適的定值電阻R（如圖2）就能符合要求．請你根據題意和有關計算，確定R的規(guī)格
（5）還有同學提出另一種改進方案：如果不串聯(lián)定值電阻，可以在滑動變阻器的適當位置上做標記（或加一個限位裝置）限期它的調節(jié)范圍，也能符合要求．請你說明，還需增加什么電學器材，這個改進方案才能實施；并說明．如何運用增加電學器材來達到你的目的．

Answer 1

【答案】分析：（1）燈泡正常發(fā)光時的電阻可通過其規(guī)格中的數據，利用公式R=計算得出；
（2）根據串聯(lián)分壓的規(guī)律，借助滑動變阻器即可；
（3）電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V，滑動變阻器如果接入電路的阻值過小，燈泡有可能會被燒壞；
（4）接入的定值電阻要符合當滑動變阻器在最小值，即為0時，燈泡兩端的電壓也不會超過2.5V，電路中的電流也不會超過0.25A；
（5）既然擔心的是燈泡兩端的電壓超過2.5V，燈泡中的電流超過0.25A，那么在電路中增加一個電壓表或電流表就可以達到限制的目的了．
解答：解：（1）根據燈泡的規(guī)格可知R===10Ω；
（2）6V的電源電壓遠大于燈泡的額定電壓，可用滑動變阻器串聯(lián)來進行分壓；
（3）滑動變阻器的阻值范圍為0～20Ω，圖中如果其滑片向右滑動過大時，電路中的電流會超過0.25A，燈泡兩端的電壓會超過2.5V，有可能損壞燈泡；
（4）當滑動變阻器的阻值為0時，電路中的電流不能超過0.25A，故其最小阻值為R′===24Ω．根據串聯(lián)分壓，R=R′-R=24Ω-10Ω=14Ω．
故R的規(guī)格應符合阻值為14Ω，允許通過的最大電流不小于0.25A；
（5）增加限位裝置就是為了使燈泡兩端的電壓不超過2.5V，通過的電流不超過0.25A，故可通過給燈泡并聯(lián)一個電壓表或在電路中串聯(lián)一個電流表的方法來確定限位的具體位置．
故答案為：（1）10；（2）將燈泡與滑動變阻器串聯(lián)在電路中；
（3）滑動變阻器的滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓有可能超過2.5V；
（4）14Ω，0.25A；
（5）需要增加電壓表（或電流表）．將電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端，在調光過程中，觀察電壓表的示數為2.5V時，在變阻器上做標記或安裝限位裝置，以限定滑動變阻器的移動范圍．（電流表的使用方法與之類似）
點評：本題通過實驗設計過程中遇到的實際問題，考查了如何創(chuàng)造性地使用滑動變阻器來對電路進行控制，以及利用歐姆定律進行相關的計算等．對在電路中通過增加一個定值電阻來保護電路，是本題的一個難點，應從燈泡的正常工作電壓2.5V和最大限定電流0.25A來進行考慮．