Question

13．按圖所示的電路圖做“測(cè)量小燈泡的功率”的實(shí)驗(yàn)．所用器材有：標(biāo)有“3.8V”字樣的待測(cè)小電燈、電壓恒為6V的電源、標(biāo)有“20Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）、開關(guān)及導(dǎo)線若干．
（1）一學(xué)生按電路圖正確連接電路后，變化開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最右端時(shí)，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)．經(jīng)檢查，導(dǎo)線連接完好，則電路故障是燈泡斷路．
（2）排除故障換用新元件后，閉合開關(guān)，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過(guò)程中的不當(dāng)之處是：滑動(dòng)變阻器的阻值沒(méi)有調(diào)到最大．
（3）小明同學(xué)按電路圖正確連接電路后，閉合開關(guān)，從大到小調(diào)節(jié)滑動(dòng)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)填入表中．
①通過(guò)上表數(shù)據(jù)，可算得小燈泡的額定功率為1.14W，還可得出關(guān)于燈絲電阻的結(jié)論是：燈泡的電阻隨溫度的升高而增大．②當(dāng)小燈泡正常工作時(shí)，連入電路的滑動(dòng)變阻器的阻值為7.3Ω（小數(shù)點(diǎn)后保留一位有效數(shù)字）．

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

（4）若電壓表的0～15V量程已損壞，只能使用0～3V量程，其它器材不變，如何測(cè)出小電燈的額定功率？
①在圖2方框中畫出測(cè)量電路圖；
②若小燈泡兩端最大可加4.5V電壓，為保證實(shí)驗(yàn)時(shí)你所設(shè)計(jì)的測(cè)量電路中各元件的安全，參照小明的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，估算滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍應(yīng)為4.7Ω～12Ω（計(jì)算結(jié)果取整數(shù)）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖可知，閉合開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最左端時(shí)，電路為燈泡的基本電路，根據(jù)燈泡的是否發(fā)光和電壓表的示數(shù)確定電路故障；
（2）開關(guān)閉合后，燈閃亮一下后立即熄滅，說(shuō)明電路電流太大，電路電阻太小造成的，原因可能是閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片沒(méi)有放到最大阻值處；
（3）①由表格數(shù)據(jù)讀出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，由P=UI計(jì)算其額定功率；燈絲電阻隨溫度的升高而增大
②由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算小燈泡正常工作時(shí)，連入電路的滑動(dòng)變阻器的阻值；
（4）①0～15V量程已損壞，而燈泡額定電壓為3.8V，超過(guò)電壓表的另一量程0～3V；電源電壓是6V，燈泡正常發(fā)光時(shí)，與燈泡串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，小于電壓表量程0～3V，因此可以用電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器電壓，以便間接測(cè)量燈泡電壓，據(jù)此作出電路圖；
②根據(jù)題意確定滑動(dòng)變阻器兩端的最大電壓與最小電壓值，由串聯(lián)電路特點(diǎn)求出相應(yīng)的燈泡電壓，由表中數(shù)據(jù)找出電壓所對(duì)應(yīng)的電流，然后由歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的最大與最小阻值，然后確定其范圍．

解答 解：（1）閉合開關(guān)，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到最右端時(shí)，電路為燈泡的基本電路，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)，說(shuō)明電路故障為斷路，并且電壓表與電源兩極相連，故小電燈斷路；
（2）觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，說(shuō)明電路電流太大，電路電阻太小造成的，該學(xué)生在操作過(guò)程中的不當(dāng)之處是：閉合開關(guān)前滑動(dòng)變阻器滑片沒(méi)有放到最大阻值處；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，燈泡電壓3.8V正常發(fā)光，此時(shí)通過(guò)的電流為0.30A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中數(shù)據(jù)及R=$\frac{U}{I}$可知，隨小電燈電壓的增大，通過(guò)的電流也增大，但電壓變化大于電流變化，所以小電燈電阻變大，這是因?yàn)椋弘S電壓增大、電流隨之增大，小電燈的實(shí)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(diǎn)和歐姆定律計(jì)算小燈泡正常工作時(shí)，連入電路的滑動(dòng)變阻器的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{額}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.3A}$≈7.3Ω；
（4）①電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、燈泡、電流表組成串聯(lián)電路，電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，電路圖如圖所示；

②a、當(dāng)電壓表示數(shù)為最大值3V時(shí)，小電燈兩端的電壓為6V-3V=3V，由表中數(shù)據(jù)知，電流為0.25A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑1=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
b、當(dāng)小電燈電壓為4.5V時(shí)，由表中數(shù)據(jù)知，電路電流為0.32A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓為6V-4.5V=1.5V，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑2=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
則滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍是4.7Ω～12Ω；
故答案為：（1）燈泡斷路；（2）滑動(dòng)變阻器的阻值沒(méi)有調(diào)到最大；（3）①1.14；②燈泡的電阻隨溫度的升高而增大③7.3；（4）①如圖；②4.7Ω～12Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路故障分析、求功率、求電阻阻值、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖等問(wèn)題，最后一問(wèn)求滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值范圍有一定難度；解題時(shí)要認(rèn)真、細(xì)心答題．