Question

4．如圖甲所示，是小明在“測量小燈泡電功率”實驗中連接的實驗電路，所用小燈泡的額定電壓為3.8V，電源是電壓為6V且保持不變的蓄電池組．

（1）實驗開始，當開關閉合，變阻器滑片向右移動時，電流表示數(shù)變大，電壓表示數(shù)不變．（選填“變大”、“變小”或“不變”）
（2）同組的小紅發(fā)現(xiàn)連線中有一處不符合實驗要求，所以才出現(xiàn)上述現(xiàn)象，而且只需改動一根導線的連接，就可以順利進行實驗．請你在需要改動的導線上打“×”，并用筆畫線代替導線畫出正確的接線．
（3）小明將電路連接正確后，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(shù)填入下表．

電壓表的示數(shù)U/V	電流表的示數(shù)I/A	小電燈的功率P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通過上表數(shù)據(jù)，可算得小電燈的額定功率為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當小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.3Ω．（結果保留一位小數(shù)）
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，兩燈消粍的總功率為1.5W．
（4）如果電壓表的0～15V量程被損壞，只有0～3V量程能正常使用，實驗室里也沒有其它電壓表可供更換，要求利用現(xiàn)有器材測出小燈泡的額定功率．請在虛線框中畫出你設計的電路圖．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器接入右半段，滑片右移，接入電路的右半段變短．電阻變小，總電阻變小，電流變大．
燈泡和滑動變阻器串聯(lián)在電路中，總電壓等于電源電壓，電壓表測燈泡和滑動變阻器兩端的總電壓．
根據(jù)電源電壓不變判斷電壓表示數(shù)．
（2）測燈泡功率的實驗，電壓表要并聯(lián)在燈泡兩端測燈泡的電壓．
（3）①知道額定電壓和額定電流，根據(jù)P=UI，計算額定功率，燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
②由串聯(lián)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(lián)在6V電源上，可知兩燈的實際電壓，由此根據(jù)表格數(shù)據(jù)計算實際功率，從而得到總功率；
（4）根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點，當燈泡正常工作時，求出滑動變阻器電壓小于3V，測滑動變阻器電壓，間接得到燈泡的額定功電壓．

解答 解：（1）滑動變阻器接入右半段，滑片右移，總電阻變小，電路電流變大，電流表的示數(shù)變大．
燈泡和滑動變阻器串聯(lián)在電源上，燈泡與滑動變阻器電壓之和等于電源電壓，
電壓表測燈泡和滑動變阻器兩端，滑片移動，不會改變電源電壓，所以電壓表示數(shù)不變．
（2）電壓表并聯(lián)在燈泡和滑動變阻器兩端，測兩者的總電壓是錯誤的．
電壓表要測燈泡兩端電壓，要并聯(lián)在燈泡兩端．如下面實物圖．

（3）①小燈泡的額定功率為：P=UI=3.8V×0.30A=1.14W．
根據(jù)R=$\frac{U}{I}$得實驗1、2、3、4、5次電阻分別是10Ω、11.4Ω、12Ω、12.7Ω、14Ω，可見隨小電燈電壓的增大，通過的電流也增大，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(lián)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=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.30A}$≈7.3Ω；
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯(lián)后接在6V電源的兩端，所以兩燈電壓各為3V，由表格數(shù)據(jù)此時燈泡電流為0.25A，
電路的總功率：P_總=UI=6V×0.25A=1.5W；
（4）電源電壓為6V，燈泡和滑動變阻器串聯(lián)在電路中，燈泡額定電壓為3.8V，要上燈泡正常工作，滑動變阻器的電壓為6V-3.8V=2.2V＜3V，可以用電壓表0～3V量程，并聯(lián)在滑動變阻器兩端，當滑動變阻器的電壓為2.2V時，燈泡正常工作．電路圖如下圖．

故答案為：（1）變大；不變；（2）如上面實物圖．（3）①1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.3；③1.5；（4）電路圖如上圖．

點評 本題考查了串聯(lián)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(shù)據(jù)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(lián)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(shù)據(jù)中判斷．