Question

10．按圖1示的電路圖是“測量小燈泡的電功率”的實驗．所用器材有：標有“3.8V字樣的待測小電燈、電壓恒為6V的電源、標有“20Ω 1A”的滑動變阻器、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）、開關及導線若干．
（1）某學生在實驗時，把電流表與電壓表的位置交換連接了，閉合開關后會造成D．（填選項前的字母）
A．電流表燒壞  B．電壓表燒壞   C．小電燈燒壞   D．小電燈不亮
（2）另一學生按圖連接電路后，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最右端時，燈不亮，電壓表有較大的示數．經檢查，導線連接完好，則電路故障是：小燈泡斷路．排除該故障換用新元件后，閉合開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學生在操作過程中的不當之處是：閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處．
（3）小明同學按電路圖正確連接電路后，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填入下表．

電壓表的示數 U/V	電流表的示數 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通過上表數據，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約為7.3Ω．（保留一位小數）
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯后直接接在6V電源的兩端，兩燈消耗的總功率為1.5W．
（4）愛探究的小強用電流表A₁、A₂和一個5Ω的定值電阻測量一只額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率，連接了如圖2所示的電路，同樣測出了小燈泡的額定功率．具體操作是：閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，使電流表A₂的示數為0.5A，小燈泡正常發(fā)光．此時電流表A₁的示數如圖3所示，則小燈泡的額定功率為1W．

Answer 1

分析 （1）電壓表的電阻很大，故把電流表與電壓表的位置交換連接后，電路中的電流很小；
（2）根據電路圖可知，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，根據燈泡的是否發(fā)光和電壓表的示數確定電路故障；
開關閉合后，燈閃亮一下后立即熄滅，說明電路電流太大，電路電阻太小造成的，原因可能是閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）①由表格數據讀出燈泡正常發(fā)光時的電流，由P=UI計算其額定功率；燈絲電阻隨溫度的升高而增大
②由串聯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在6V電源上，可知兩燈的實際電壓，由此根據表格數據計算實際功率，從而得到總功率；
（4）電流表A₂與定值電阻串聯，相當于電壓表，使并聯電路電壓等于燈泡額定電壓2.5V時燈泡可以正常發(fā)光，由歐姆定律可以求出電流表A₂的示數；確定電流表A₁的量程與最小分度值，讀出電流表A₁的示數，然后由并聯電路的特點求出流過待測電阻的電流，然后由歐姆定律求出燈泡的功率．

解答 解：（1）把電流表與電壓表的位置交換連接后，電壓表串聯在電路中，電路中電阻很大，電流很�。◣缀鯙榱悖�，故燈泡不亮，不會燒壞電表和燈泡，選D；
（2）閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最右端時，電路為燈泡的基本電路，燈不亮，電壓表有較大的示數，說明電路故障為斷路，并且電壓表與電源兩極相連，故小電燈斷路；
開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，說明電路電流太大，電路電阻太小造成的，該學生在操作過程中的不當之處是：閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）①由表中數據可知，燈泡電壓3.8V正常發(fā)光，此時通過的電流為0.30A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中數據及R=$\frac{U}{I}$可知，隨小電燈電壓的增大，通過的電流也增大，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=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{額}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③將兩個這樣的相同規(guī)格的小電燈串聯后接在6V電源的兩端，所以兩燈電壓各為3V，由表格數據此時燈泡電流為0.25A，
電路的總功率：P_總=UI=6V×0.25A=1.5W；
（4）由電路圖知，定值電阻與燈泡并聯，電流表A₂測通過定值電阻的電流，A₁測干路電流；
定值電阻與燈泡兩端的電壓相等，當燈泡電壓等于額定電壓U_L=2.5V時，燈泡正常發(fā)光，
此時電流表A₂的示數I₂=$\frac{{U}_{L}}{R}$=$\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A；
由圖2知，電流表A₁的量程是0～3A，
由圖3知電流表的分度值是0.1A，電流表讀數I₁=0.9A，
所以，燈泡正常發(fā)光時的電流I_L=I₁-I₂=0.9A-0.5A=0.4A，
燈泡的額定功率P_額=U_LI_L=2.5V×0.4A=1W；
故答案為：（1）D；
（2）小燈泡斷路；閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3）①1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.3；③1.5；
（4）0.5；1．

點評 本題考查了串聯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、數據處理、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，電流需要從數據中判斷．