Question

10．在“测量小灯泡电功率”的实验中，电源电压恒为3V，小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光时灯丝电阻约为10Ω，所用滑动变阻器的最大阻值20Ω．

（1）请用笔画线代替导线在图甲中完成实物电路的连接（要求滑片向B滑动时，接入电路阻值减小，且导线不能交叉）．
（2）实验时，某个小组同学刚闭合开关就发现小灯泡亮度很亮然后马上熄灭了，老师指出了同学们操作时的错误是闭合开关前，未将滑片P移至最大阻值处，同时提醒同学们注意观察此时电表的示数，发现电流表无示数，电压表有示数（有示数/无示数）．
（3）断开开关，更换了相同规格的小灯泡后重新按照正确的操作进行实验．某次实验中，同学们看到电压表示数为1.8V，要使灯泡正常发光应向B（A/B）端移动滑片，同时视线应注意观察电压表（电流表/电压表），当灯正常发光时，电流表示数如图乙所示为0.24A，则小灯泡的额定功率是0.6W．
（4）某同学还想探究“在电压一定的情况下，电流与电阻的关系”，于是将甲图中的小灯泡换成四个阻值分别为10Ω，8Ω，6Ω和4Ω的定值电阻，其余连接均不改变．在实验过程中，将4个定值电阻依次接入电路，调节滑动变阻器使定值电阻两端的电压保持某个值U₀不变，为了能够顺利得到4组I、R数据，完成实验，该电压U₀的取位大小应满足：1V≤U₀≤2.4V．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器应串联接入电路中，电压表并联在灯泡的两端，根据滑片向B滑动时接入电路阻值减小判定滑动变阻器的接法；
（2）根据滑动变阻器连入电路的电阻分析；灯泡断路时，根据电流表和电压表的作用分析；
（3）根据分压原理，在串联电路中，电阻越大分得的电压越多；当灯的实际电压等于额定电压时，灯正常发光；进行电流表的读数时，注意量程和分度值，将电压值和电流值代入公式P=UI计算出额定功率．
（4）根据串联电路的电压规律和欧姆定律分析．

解答 解：
（1）滑动变阻器应串联接入电路中，滑片向B滑动时接入电路阻值减小，故应接变阻器B接线柱；电压表并联在灯泡的两端，小灯泡的额定电压为2.5V，电压表量程为0-3V，电路图如图：
；
（2）如果连接好电路，刚一闭合开关就发现灯泡发光很亮．你认为他可能存在的错误处是：滑动变阻器滑片没有移到最大阻值处．
灯泡断路，则电路中无电流，电压表串联在电路中，测的是电源电压，故电压表有示数；
（3）由于电压表示数为1.8V，说明小灯泡两端的电压小于额定电压，为增大灯泡的电压，应减小滑动变阻器两端的电压，应减小变阻器接入电路中的阻值，所以应向B端移动滑片，同时视线应注意观察电压表示数，直到使灯泡两端的电压为额定电压2.5V；根据乙图，电流表的量程为0～0.6A，其分度值为0.02A，其读数为0.24A；
则灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.24A=0.6W．
（4）把四个电阻串联接入电路中，为了保护电流表，电路中的电流不能超过0.6A，故电路的最小电阻为：
R_小=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.6A}$=5Ω，
电路中接入4Ω的电阻时，滑动变阻器接入电路的最小电阻为：R'=R_小-4Ω=1Ω；
此时定值电阻两端的电压为：U_R=IR=0.6A×4Ω=2.4V；即定值电阻两端的最大电压为2.4V；
当滑动变阻器接入电路的电阻为0时，电阻两端的电压为3V，等于电源电压，故在探究实验中，电阻两端的电压都能达到3V；
把四个电阻接入电路中时，电阻两端的最小电压为：U_小=$\frac{U}{R+{R}^{′}}$R，把电源电压和四个电阻10Ω、8Ω、6Ω和4Ω带入，得四个电压值为：1V、0.86V、0.69V、0.5V，为了能够顺利得到4组I、R数据，则电阻两端的电压最小为1V，故电压U₀的取位大小应满足1V≤U₀≤2.4V．
故答案为：（1）如图；（2）闭合开关前，未将滑片P移至最大阻值处；有示数；（3）B；电压表；0.24；0.6；（4）1V≤U₀≤2.4V．

点评 本题测量小灯泡电功率，考查电路的连接、常见故障的分析、实验的操作及功率的计算，是中考的常见题．