Question

一個額定電壓是2.5V的小燈泡，正常工作時的電阻約為8Ω．小明想測量它的額定功率，實驗室中有如下器材：電源（電壓恒為6V）、電流表、電壓表、開關(guān)各1個，規(guī)格分別為“l(fā)0Ω 1A”和“50Ω 0.5A”的滑動變阻器2個，導(dǎo)線若干．
（1）小明設(shè)計了如圖甲所示電路，他應(yīng)選用規(guī)格為

50Ω0.5A

的滑動變阻器．
（2）圖乙是小明根據(jù)電路圖連接的實物圖．閉合開關(guān)后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮；經(jīng)檢查是由于一根導(dǎo)線連接錯誤．請你在圖乙中連接錯誤的導(dǎo)線上打“×”并補畫出正確的連線．閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)放在

B

端（填“A”或“B”）．
（3）小明正確連線后，繼續(xù)實驗．當(dāng)電壓表的示數(shù)為2.5V時，電流表的示數(shù)如圖丙所示為

0.32

A，小燈泡的額定功率是

0.8

W．
（4）實驗結(jié)束后，小明整理實驗器材時，發(fā)現(xiàn)滑動變阻器的AP部分比PD部分熱，這是因為

AP部分的電阻比PD部分的電阻大

．
（5）某學(xué)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(guān)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
（6）另一學(xué)生按圖連接電路后，閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，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：

小電燈斷路

．排除該故障換用新元件后，閉合開關(guān)時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過程中的不當(dāng)之處是：

閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處

．
（7）小明同學(xué)用上述裝置測量標(biāo)有“3.8V”字樣的待測小電燈的功率，用電壓恒為6V的電源、標(biāo)有“20Ω  1A”的滑動變阻器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

1.14

W，還可得出關(guān)于燈絲電阻的結(jié)論是：

燈絲電阻隨溫度的升高而增大

；
②當(dāng)小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為

7.3

Ω．
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，兩燈消耗的總功率為

1.5

W．
（8）若電壓表的0～15V量程已損壞，只能使用0～3V量程，其他器材不變，如何測出小電燈的額定功率？①在圖丁虛線框中畫出測量電路圖；
②若小電燈兩端最大可加4.5V電壓，為保證實驗時你所設(shè)計的測量電路中各元件的安全，參照小明的實驗數(shù)據(jù)，估算滑動變阻器接入電路的阻值范圍應(yīng)為

4.7

Ω～

12

Ω．

電流/A	0.90	0.80	0.50	0.36	0.28	0.22
電阻/Ω	8	10	20	30	40	50

Answer 1

分析：（1）根據(jù)串聯(lián)電路的特點求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，根據(jù)這個阻值，判斷選擇哪個滑動變阻器；
（2）開關(guān)、滑動變阻器、燈泡串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在電路兩端，故據(jù)此分析判斷即可；閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處；
（3）先確定電流表的分度值，而后據(jù)電流表讀出對應(yīng)的示數(shù)，據(jù)公式P=UI可計算出額定功率；
（4）根據(jù)焦耳定律分析判斷即可；
（5）電流表與電壓表的位置交換連接，即電壓表串聯(lián)接入電路，理想電壓表電阻為無窮大，電壓表串聯(lián)接入電路，電路相當(dāng)于斷路，電路電流為零，燈泡不發(fā)光；
（6）燈不亮，可能是燈泡斷路，或燈泡短路，或燈泡之外電路存在斷路，或電路電阻太大而電路電流太小不足以讓燈泡發(fā)光；由電路圖知，滑動變阻器滑片在最左端，滑動變阻器接入電路的阻值為零，只有燈泡接入電路，電路電阻不大，燈泡不發(fā)光不是電流太小引起的；只有燈泡接入電路，如果燈泡短路，則電源被短路，電路電流很大，電流表會被燒壞而造成電路斷路，電壓表不能與電源兩極相連，電壓表示數(shù)為零，而現(xiàn)在電壓表示數(shù)不為零而是有較大示數(shù)，所以燈泡不可能短路；綜合分析可知燈不亮的原因是燈泡斷路；
開關(guān)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(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（7）①由表找出燈泡的額定電壓對應(yīng)的電流，然后由P=UI求出燈泡的額定功率；
由表可知：隨電壓增大，燈泡的阻值增大，可從溫度對電阻的影響分析原因；
②由表找出燈泡正常工作時的電路電流，由串聯(lián)電路電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的阻值；
③由串聯(lián)電路的電壓特點知，兩個完全相同的燈泡接入電路時，每個燈泡兩端的電壓相等，電源電壓為6V，則每個燈泡兩端的電壓是3V，由表中數(shù)據(jù)找出3V所對應(yīng)的電流，然后由P=UI求出兩燈消耗的總功率；
（8）①0～15V量程已損壞，而燈泡額定電壓為3.8V，超過電壓表的另一量程0～3V；電源電壓是6V，燈泡正常發(fā)光時，與燈泡串聯(lián)的滑動變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，小于電壓表量程0～3V，因此可以用電壓表測滑動變阻器電壓，以便間接測量燈泡電壓，據(jù)此作出電路圖；
②根據(jù)題意確定滑動變阻器兩端的最大電壓與最小電壓值，由串聯(lián)電路特點求出相應(yīng)的燈泡電壓，由表中數(shù)據(jù)找出電壓所對應(yīng)的電流，然后由歐姆定律求出滑動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）燈泡正常發(fā)光時，通過其的電流約是I=

U

R

=

2.5V

8Ω

=0.3A，
滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_燈泡=6V-2.5V=3.5V，滑動變阻器接入電路的電阻R=

U

I

=

3.5V

0.3A

=11.7Ω＞10Ω，所以應(yīng)選擇“50Ω 0.5A”的滑動變阻器；
（2）變阻器與燈泡串聯(lián)，如下圖所示：

閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，即滑片在B端．
（3）該電流表選的是小量程，其分度值是0.02A，故其示數(shù)是0.32A，故其額定功率是：P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（4）據(jù)焦耳定律Q=I²Rt可知，AP部分比PD部分的電流相同，通電時間相同，但AP部分的電阻比PD部分的電阻大，故在AP部分所產(chǎn)生的電熱多，故滑動變阻器的AP部分比PD部分熱．
（5）把電流表與電壓表的位置交換連接了，電路斷路，電路電流為零，電流表與小電燈不會燒壞，小電燈不亮，由于電源電壓是6V，小于電壓表量程0～15V，因此電壓表不會燒壞，所以閉合開關(guān)后會造成的現(xiàn)象是：D小電燈不亮；
（6）閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，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：小電燈斷路；排除該故障換用新元件后，閉合開關(guān)時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學(xué)生在操作過程中的不當(dāng)之處是：閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（7）①由表中數(shù)據(jù)知，燈泡額定電壓U=3.8V對應(yīng)的電流I=0.3A，則燈泡的額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中數(shù)據(jù)及R=

U

I

可知，隨小電燈電壓的增大，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，故燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②小電燈正常發(fā)光時，電壓為額定電壓U_燈=3.8V，由表中數(shù)據(jù)知，此時電路電流I=0.3A，
由串聯(lián)電路特點知，滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈=6V-3.8V=2.2V，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=

U滑

I

=

2.2V

0.3A

≈7.3Ω；
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，每個燈兩端的電壓是3V，由表中數(shù)據(jù)知，電路電流I=0.25A，則兩燈消粍的總功率P=UI=6V×0.25A=1.5W；
（4）①電源、開關(guān)、滑動變阻器、燈泡、電流表組成串聯(lián)電路，電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端，電路圖如圖所示；

②a、當(dāng)電壓表示數(shù)為最大值3V時，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，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑1=

3V

0.25A

=12Ω；
b、當(dāng)小電燈電壓為4.5V時，由表中數(shù)據(jù)知，電路電流為0.32A，此時滑動變阻器兩端電壓為6V-4.5V=1.5V，此時滑動變阻器接入電路的阻值R_滑2=

1.5V

0.32A

≈4.7Ω；
故滑動變阻器接入電路的阻值范圍是4.7Ω～12Ω；
故答案為：（1）50Ω 0.5A；（2）見上圖；（3）0.32A；0.8W；（4）AP部分的電阻比PD部分的電阻大；（5）D；（6）小電燈斷路；閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；（7）1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；7.3；1.5；（8）②4.7；12．

點評：本題考查了滑動變阻器的選擇、連接實物圖、故障分析、求功率、求電阻阻值、設(shè)計實驗電路圖等問題，最后一問求滑動變阻器接入電路的阻值范圍有一定難度；解題時要認(rèn)真、細(xì)心答題．