Question

15．小明按圖所示電路圖做測量小燈泡電功率的實驗，實驗室可提供下列器材：
A．電流表    B．電壓表   C．滑動變阻器R（阻值0～20Ω）
D．電阻為6Ω的待測燈泡L（電阻不隨溫度變化）
E．電源（電壓為4.5V并保持不變）    F．開關(guān)S及導(dǎo)線若干

（1）連接電路時，開關(guān)S應(yīng)斷開，防止因電路短路而損壞儀器；
（2）按圖甲所示的電路圖，在不改變原有連接情況下，請你把圖乙電路連接完整；
（3）若小明連接電路后閉合開關(guān)，燈L幾乎不發(fā)光，移動滑片P也不能改變燈的亮度．原因是變阻器同時接了下面兩個接線柱．
（4）根據(jù)電路圖和實驗室提供的器材，可以判斷出：實驗時通過燈泡的最小電流為0.17A；加在燈泡兩端的最大電壓為3.6V；
（5）若小明所選電壓表的量程為0～3V、電流表的量程為0～0.6A，實驗要求測量時通過燈泡的電流至少為電流表滿刻度的三分之一，則測出燈泡的功率范圍只能是0.24W～1.5W．

Answer 1

分析 （1）為防止短路損壞儀器，在連接電路時，應(yīng)斷開開關(guān)；
（2）將電壓表與燈泡并聯(lián)；
（3）移動滑片P也不能改變燈的亮度，可從變阻器的接法考慮；
（4）根據(jù)最大電阻值計算最小電流；
（5）當(dāng)電壓表為滿量程的$\frac{1}{3}$時，電流表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．如果電流表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電壓表示數(shù)為燈泡的最小電壓，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最小功率，否則不符合要求．
當(dāng)電流表為滿量程的$\frac{1}{3}$時，電壓表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．如果電壓表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電流表示數(shù)為燈泡的最小電流，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最小功率，否則不符合要求．
當(dāng)電壓表為滿量程時，電流表的指針是否在13量程以上．如果電流表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電壓表示數(shù)為燈泡的最大電壓，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最大功率，否則不符合要求．
當(dāng)電流表為滿量程時，電壓表的指針是否在$\frac{1}{3}$量程以上．如果電壓表的指針在$\frac{1}{3}$量程到滿量程之間，此時電流表示數(shù)為燈泡的最大電流，根據(jù)P=UI能計算燈泡的最大功率，否則不符合要求．

解答 解：（1）連接電路時，開關(guān)S應(yīng)斷開，防止因電路短路而損壞儀器；
（2）將電壓表與燈泡并聯(lián)，如圖所示：
；
（3）若小明連接電路后閉合開關(guān)，燈L幾乎不發(fā)光，移動滑片P也不能改變燈的亮度，可見電路中電阻較大，且變阻器的阻值不變，則可能是變阻器同時接了下面兩個接線柱．
（4）當(dāng)變阻器的阻值為20Ω時，電路中的電流最小，I=$\frac{U}{R}$=$\frac{4.5V}{6Ω+20Ω}$≈0.17A；
電路中允許的最大電流為0.6A，加在燈泡兩端的最大電壓為U=IR_L=0.6A×6Ω=3.6V；
（5）當(dāng)燈泡兩端電壓為1V時（$\frac{1}{3}$量程），燈泡電流為：I₁=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{L}}$=$\frac{1V}{6Ω}$≈0.16A＜0.2A（$\frac{1}{3}$量程），不符合題意．
當(dāng)燈泡中的電流為0.2A時（$\frac{1}{3}$量程），燈泡電流為U₁′=I₁′R_L=0.2A×6Ω=1.2V＞1V（$\frac{1}{3}$量程），符合題意，
所以，0.2A為燈泡的最小電流，
燈泡的最小功率為：P₁=U₁′I₁′=1.2V×0.2A=0.24W．
當(dāng)燈泡中的電流為0.6A時（滿量程），燈泡電壓為：U₂′=I₂′R_L=0.6A×6Ω=3.6V＞3V（滿量程），不符合題意．
當(dāng)燈泡中的電壓為3V時（滿量程），燈泡電流為：I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{3V}{6Ω}$=0.5A＜0.6A（滿量程），
所以3V為燈泡的最大電壓，
燈泡的最大功率為：P₂=U₂I₂=3V×0.5A=1.5W．
故燈泡的功率范圍為0.24W～1.5W．   
故答案為：（1）短路；（2）見上圖；（3）變阻器同時接了下面兩個接線柱；（4）0.17；3.6；（5）0.24W～1.5W．

點評 對于移動滑片求電路中電流范圍、燈泡電壓變化范圍、燈泡功率范圍的問題，既要照顧到電流表，又要照顧到電壓表，都在要求的范圍內(nèi)．當(dāng)電流表合適時，求出電壓表的范圍，當(dāng)電壓表合適時，求出電流表的范圍，兼顧電壓表和電流表是很難的問題．