Question

4．如圖甲所示是小剛“測小燈泡電功率”的實驗電路．其中電源電壓為6V，小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為l0Ω．滑動變阻器有A規(guī)格“l(fā)0Ω  2A”、B規(guī)格“50Ω  lA”可選．

（1）本實驗應該選擇B規(guī)格的滑動變阻器．連接電路時開關(guān)應斷開，閉合開關(guān)前，圖中滑動變阻器的滑片P應位于B （選填“A”或“B”）端．
（2）請用筆畫線代替導線將圖甲的實驗電路連接完整．
（3）檢查電路連接無誤，閉合開關(guān)后，燈泡不亮，電壓表有示數(shù)且接近電源電壓，電流表指針幾乎不動，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是燈泡斷路．
（4）閉合開關(guān)后，小剛發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表有示數(shù)但都很小，且看不到小燈泡發(fā)光，其原因是滑動變阻器連入電路中的電阻太大，燈泡的實際電功率很小．
（5）小張同學在做實驗時，閉合開關(guān)后，移動滑動變阻器的滑片，電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)變小，原因可能是電壓表接在了滑動變阻器兩端．
（6）當變阻器滑片P移到某一位置時，電壓表示數(shù)如圖乙所示，為1.8V．要測小燈泡的額定功率，應將滑片P向A （選填“A”或“B”）端移動，使電壓表示數(shù)為2.5V．
（7）實驗中，某同學的小燈泡先由暗變亮，然后發(fā)出耀眼的光后被燒壞．為了避免燈絲燒斷，請你提出在調(diào)節(jié)滑動變阻器的過程中應注意的事項：緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，同時觀察電壓表的示數(shù)，使其不能超過小燈泡額定電壓值．
（8）完成上述實驗后，又找來額定電壓為3.8V小燈泡了一個阻值為R₀的電阻和兩個開關(guān)．并借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設計了如圖乙所示的電路，也測出了小燈泡的額定功率．請完成下列的實驗步驟：
①閉合開關(guān)S₁和S₃，移動滑片，當電壓表的示數(shù)為3.8V時，停止移動滑片，然后再斷開閉合的開關(guān)：
②保持滑片的位置不動，再閉合開關(guān)S₁和S₂，讀出此時電壓表的示數(shù)為U；
③燈泡額定功率的表達式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）．
（9）利用如圖丙所示電路還可以完成的電學實驗有（寫出一個即可）測小燈泡的電阻．

Answer 1

分析 （1）燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律求出此時電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出滑動變阻器接入電路中的阻值即可選擇器滑動變阻器的規(guī)格；為防止電路中電流過大燒壞用電器，開關(guān)應斷開，為保護電路，在閉合開關(guān)前，滑片應處于最大阻值處；
（2）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程且與燈泡并聯(lián)；
（3）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或燈泡短路或燈泡之外的電路斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路；電流表示數(shù)幾乎為零，說明電路電阻特別大，電壓表直接串聯(lián)在電路中，由此判斷故障；
（4）閉合開關(guān)后，小剛發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表有示數(shù)但都很小，且看不到小燈泡發(fā)光，說明燈泡分得的電壓太小，電路中的電阻過大造成的；
（5）移動滑動變阻器的滑片，當電流表示數(shù)變大時，表明滑動變阻器接入電路的電阻變小，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，變阻器兩端電壓變小，據(jù)此分析；
（6）根據(jù)電壓表的量程和分度值讀出電壓表的示數(shù)，電壓表的示數(shù)小于燈泡的額定電壓，要使燈泡正常工作，燈泡兩端電壓增大到2.5V，電路電流要增大，總電阻要減小，滑動變阻器的電阻要減小；
（7）本實驗中電壓表測燈泡兩端的電壓，燈泡的與實際功率、實際電壓的大小，為防止燈泡被燒壞，調(diào)節(jié)滑動變阻器可以觀察電壓表的示數(shù)來進行；
（8）要測量燈泡額定功率，首先讓燈泡兩端電壓等于額定電壓3.8V，然后結(jié)合電路圖，在讓燈泡正常工作前提下，找出能夠計算出電功率的實驗步驟，最后計算出電功率；
（9）由圖丙可知，利用電壓表可測出電燈電壓和電源電壓，從而計算定值電阻電壓，根據(jù)歐姆定律，結(jié)合串聯(lián)電路的電流規(guī)律，可計算燈泡L的阻值．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時的電壓等于額定電壓U_L=2.5V，根據(jù)歐姆定律可知此時電路電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
所以本實驗中應該選擇規(guī)格為“50Ω  1A”的B滑動變阻器；
在連接電路時，為保護電路，開關(guān)應斷開；
為保護電路，在閉合開關(guān)前，滑片應置于最大阻值處，由圖可知，P應處于B端；
（2）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V，且與燈泡并聯(lián)，如圖所示：
（3）閉合開關(guān)S，燈泡不亮，電流表示數(shù)幾乎為零，電壓表示數(shù)接近電源電壓，其電路故障可能是燈泡斷路；
（4）閉合開關(guān)后，電流表和電壓表有示數(shù)但都很小，且看不到小燈泡發(fā)光，其原因是滑動變阻器連入電路中的電阻太大，燈泡的實際功率很小；
（5）移動滑動變阻器的滑片，當電流表示數(shù)變大時，表明滑動變阻器接入電路的電阻變小，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理可知，變阻器兩端電壓變小，由題可知電壓表示數(shù)變小，表明電壓表測變阻器兩端電壓，即與滑動變阻器并聯(lián)了；
（6）電壓表使用0～3V量程，分度值為0.1V，電壓為1.8V；要使燈泡正常工作，燈泡兩端電壓從1.8V增大到2.5V，電路電流要增大，總電阻要減小，滑動變阻器的電阻要減小，滑片向A端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V為止；
（7）緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，同時觀察電壓表的示數(shù)，使其不能超過小燈泡額定電壓值；
（8）①讓燈泡兩端電壓等于額定電壓3.8V，使燈泡正常工作，應閉合開關(guān)S₁和S₃，移動滑片電壓表示數(shù)為3.8V；
②使燈泡能夠正常工作，能夠通過已知電阻R₀計算出通過燈泡電流，應閉合開關(guān)S₁和S₂，讀出電壓表示數(shù)U，由R₀兩端電壓：U₀=U-U_燈，通過R₀電流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$；
③當閉合S₁和S₃時，R₀和燈泡串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，當閉合S₁和S₂時，電壓表測R₀和燈泡兩端總電壓．
由R₀兩端電壓，U₀=U-U_燈=U-3.8V，通過R₀電流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，燈泡的額定功率P=U_燈I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
（9）由圖丙可知，燈泡L與定值電阻串聯(lián)，通過開關(guān)的組合，用電壓表可測出電燈電壓和電源電壓，從而能計算定值電阻電壓，根據(jù)歐姆定律，可計算通過定值電阻即電路中的電流，由R=$\frac{U}{I}$可計算小燈泡的電阻，因而能測小燈泡的電阻．
故答案為：（1）B； 斷開；B；（2）燈泡斷路；（3）滑動變阻器連入電路中的電阻太大，燈泡的實際電功率很��；（4）滑動變阻器連入電路中的電阻太大，燈泡的實際電功率很�。唬�5）電壓表接在了滑動變阻器兩端；（6）1.8； A；（7）緩慢調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，同時觀察電壓表的示數(shù)，使其不能超過小燈泡額定電壓值；（7）S₁和S₃；S₁和S₂；$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；（9）測小燈泡的電阻．

點評 本題考查了滑動變阻器的選擇和串聯(lián)電路特點及歐姆定律的應用、電路現(xiàn)象的判斷、電壓表的讀數(shù)、滑動變阻器的使用等，關(guān)鍵是知道燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等且會根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．