Question

16．在測(cè)量小燈泡的電功率的實(shí)驗(yàn)中，所用小燈泡的額定電流為0.3A，正常工作時(shí)燈絲的阻值在10Ω-15Ω之間，所提供的器材有：電流表、電壓表、電源（電壓恒為6V），開關(guān)各一個(gè)，滑動(dòng)變阻器（50Ω  1A）一個(gè)，導(dǎo)線若干．

（1）如圖甲所示是小明沒有連接完的實(shí)物電路，請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線將實(shí)物圖補(bǔ)充完整．
（2）閉合開關(guān)前，甲圖中的滑片P應(yīng)位于最右（選填“左”或“右”）端，閉合開關(guān)無論怎樣移動(dòng)變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，原因可能是小燈泡斷路（寫出一種即可）．
（3）排除故障，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.3A時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為4V，小燈泡的額定功率為1.2W．
（4）小華沒用電壓表，但多用了一個(gè)開關(guān)，其它器材與小明的相同，她也測(cè)出了小燈泡的額定功率．她設(shè)計(jì)了如圖丙所示電路圖，請(qǐng)你幫她完成實(shí)驗(yàn)步驟并寫出測(cè)定額定功率的表達(dá)式．
實(shí)驗(yàn)步驟：
①按圖連接電路．然后閉合開關(guān)S₁，移動(dòng)滑片P，使電流表的示數(shù)為0.3A；
②再閉合開關(guān)S₂滑片P位置不動(dòng)（填“動(dòng)”或“不動(dòng)”），記下電流表示數(shù)為I（A）；
③她根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)正確求出小燈泡的額定功率的表達(dá)式為（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W（表達(dá)式中的未知量只可含有小華實(shí)驗(yàn)步驟②測(cè)出的電流表示數(shù)“I”），小華在實(shí)驗(yàn)步驟②記下的電流表示數(shù)I具體數(shù)值應(yīng)該為0.9A．
（5）小明同學(xué)又利用該電路來做探究電流跟電阻的關(guān)系，他將小燈泡換成多個(gè)定值電阻R，保持電壓表示數(shù)始終為2V，多次更換組織不同的定值電阻R，并記錄各次電流表的示數(shù)，若不更換其他器材，為了能夠完成實(shí)驗(yàn)，更換的電阻阻值不能夠大于25Ω．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電壓表連線不完整，根據(jù)題意確定電壓表量程，電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)；
（2）閉合開關(guān)前，滑片應(yīng)滑到阻值最大值處；電流表無示數(shù)，說明電路可能斷路，電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通了，由此判斷電路故障；
（3）由圖乙確定電壓表量程與分度值，讀出電壓表示數(shù)，然后由電功率公式P=UI求出燈泡的功率；
（4）燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，用電流表測(cè)流過電路的電流，由串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律求出流過燈泡電流為燈泡額定電流時(shí)，燈泡兩端電壓，
然后由P=UI求出燈泡額定功率的表達(dá)式；又知道小燈泡的額定功率，進(jìn)而求出小華在實(shí)驗(yàn)步驟②記下的電流表示數(shù)I具體數(shù)值；
（5）在探究電流跟電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)楸３蛛娮鑳啥说碾妷簽?V不變，再根據(jù)串聯(lián)電路的電阻與電壓的關(guān)系，即可結(jié)合滑動(dòng)變阻器的最大阻值解答．

解答 解：（1）燈泡額定電流為0.3A，燈絲阻值在10Ω～15Ω之間，
則根據(jù)U=IR可知，燈泡額定電壓在3V～4.5V間，
故電壓表應(yīng)選0～15V量程，電壓表與燈泡并聯(lián)，電路圖如圖所示：

（2）為了電路安全，開關(guān)閉合前滑片應(yīng)滑到阻值最大值處，因此甲圖中的滑片P應(yīng)位于最右端．
閉合開關(guān)，電流表無示數(shù)，說明電路是斷路，小燈泡不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的這部分電路斷路了，即小燈泡斷路．
（3）電壓表量程是0～15V，由圖乙可知，電壓表分度值是0.5V，電壓表示數(shù)是4V；
燈泡額定功率：P_額=U_額I_額=4V×0.3A=1.2W；
（4）①按圖連接電路．然后只閉合開關(guān)S₁，移動(dòng)滑片P，使燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)為0.3A；
②再閉合開關(guān)S₂滑片P位置不動(dòng)，記下電流表示數(shù)為I（A）；此時(shí)燈泡短路，所以變阻器電壓等于電源電壓6V，
根據(jù)歐姆定律I=$\frac{U}{R}$得，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：
R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$，
由此可知當(dāng)只閉合開關(guān)S₁時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：
U_滑=0.3A×R_滑=0.3A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{1.8}{I}$V，
燈泡兩端電壓：
U_燈=U-U_滑=6V-$\frac{1.8}{I}$V；
③小燈泡的額定功率的表達(dá)式：
P_額=U_燈I_燈=（6-$\frac{1.8}{I}$）V×0.3A=（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W．
由（3）可知，小燈泡的額定功率為1.2W，
即：P_額=（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W=1.2W；
解得：I=0.9A．
（5）電源電壓U=6V，電阻兩端電壓U_定=2V，
滑動(dòng)變阻器分壓U_滑=U-U_定=6V-2V=4V，
則根據(jù)串聯(lián)電路的電流相同的特點(diǎn)得：I_定=I_滑，即：$\frac{{U}_{定}}{{R}_{定}}$=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$，
代入數(shù)據(jù)得：$\frac{2V}{{R}_{定}}$=$\frac{4V}{{R}_{滑}}$，解得R_定=$\frac{1}{2}$R_滑；
因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑≤50Ω，
所以更換的電阻阻值：
R_定=$\frac{1}{2}$R_{滑動(dòng)}≤$\frac{1}{2}$×50Ω=25Ω．
故答案為：（1）見解答上圖；
（2）右；小燈泡斷路；
（3）4；1.2；
（4）①0.3；②不動(dòng)；③（1.8-$\frac{0.54}{I}$）；
（5）25．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路、電路故障的判斷、電壓表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律的應(yīng)用等，考查知識(shí)點(diǎn)多，綜合性強(qiáng)，尤其是第（4）問設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、實(shí)驗(yàn)步驟難度較大，是本題的難點(diǎn)．