Question

13．按圖1所示的電路圖做“測量小電燈的功率”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(guān)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(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
（2）另一學生按電路圖正確連接電路后，閉合開關(guān)，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(shù)．經(jīng)檢查，導線連接完好，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，該學生在操作過程中的不當之處是：閉合開關(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處．
（3）小明同學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為1.14W，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當小電燈正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.33Ω．
（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，如何測出小電燈的額定功率？①圖2在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為4.7Ω～12Ω．

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��；
（2）根據(jù)電路圖可知，閉合開關(guān)，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(jù)燈泡的是否發(fā)光和電壓表的示數(shù)確定電路故障；
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；
（3）①當燈泡兩端電壓為額定電壓時，燈泡的實際功率等于燈泡的額定功率；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
②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，則根據(jù)歐姆定律即可求出滑動變阻器連入電路的阻值；
（4）0～15V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)此設計電路圖；
滑動變阻器兩端的電壓允許的范圍為1.5V～3V，滑動變阻器的電流與燈泡對應電壓時的電流相同，故可求出滑動變阻器的阻值范圍．

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(lián)在電路中，電路中電阻較大，電流較小，故燈泡不亮，選D；
（2）閉合開關(guān)，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，燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)，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(guān)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(guān)前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（3））①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可：P_額=U_額I_額=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，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根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，當小電燈正常工作時，電流為I=0.3A，滑動變阻器兩端電壓為U₂=U-U_額=6V-3.8V=2.2V，則根據(jù)歐姆定律得連入電路的阻值R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.33Ω．
（4）①電壓表大量程損壞，可將電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，接線選用小量程，當電壓表示數(shù)為2.2V時，可使燈泡正常工作；電路圖設計如下：

②當燈泡兩端電壓為4.5V時，滑動變阻器的電壓U=6V-4.5V=1.5V，經(jīng)過滑動變阻器的電流與燈泡電流相同且為0.32A，此時滑動變阻器的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
當滑動變阻器兩端電壓達到電壓表量程最大值3V時，燈泡兩端電壓也為3V，此時經(jīng)過滑動變阻器的電流與燈泡電流同為0.25A，此時滑動變阻器的電阻
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
故滑動變阻器接入電路的電阻范圍：4.7Ω～12Ω．
故答案為：
（1）D；
（2）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；
（3）①1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.33；
（4）①如上圖所示；②4.7；12．

點評 本題考查了故障分析、求功率、求電阻阻值、設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；解題時要認真、細心答題．