Question

18．在“测定小灯泡的额定功率”实验中，小明同学用一个电压表、一个电流表、一个开关、电压为6V的电源、额定电压为3.8V的小灯泡，小灯泡的额定功率小于2W和一个标有“20Ω  1.5A”的滑动变阻器，设计的电路如图甲所示的电路．

（1）请用铅笔画线代替导线，按照图甲所示的电路图，将图乙的实物电路连接完整（连线不得交叉）；
（2）正确连接实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数．其故障原因可能是：灯泡处断路．
（3）电路接好后，闭合开关，发现小灯泡特别亮，电压表与电流表的示数较大．电路连接无误，接下来应进行的操作是DC（两空按操作步骤先后顺序填写字母代号）．
A．更换电池或小灯泡                     B．检查电路是否短路
C．移动滑动变阻器滑片至最大值位置       D．断开电路开关
（4）在实验中，若电压表示数为2V，则灯泡的实际功率＜额定功率（选填“＞”、“＜”或“=”）；在此基础上，为了能测出灯泡的额定功率，必须将滑片向左（选填；左或右）当电压表的示数为3.8V时小灯泡正常发光，此时电流表示数如图丙所示，则灯泡的额定功率为1.52W．
（5）如果将小灯泡更换成多个不同阻值的定值电阻，可以进行电流与电阻的关系的实验，当定值电阻从10Ω换成20Ω时，保持电压2V不变，滑动变阻器应向右（选填；左或右）移动，滑动变阻器的阻值不得小于40Ω．

Answer 1

分析 （1）把滑动变阻器、灯泡、电流表串联接入电路，注意电流表量程与滑动变阻器的接法；
（2）灯泡不亮可能是灯泡断路或短路，也可能是灯泡以外的地方断路；
（3）据实际情况判断即可，即小灯泡特别亮，电压表与电流表的示数较大，说明小灯泡两端电压太高，电路中电流太大，原因是滑动变阻器没移到阻值最大处，故据此分析正确做法即可；
（4）灯泡在额定电压下的功率等于额定功率，由电功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知灯泡两端的电压越小，灯泡的实际功率越小；
灯泡电压小于额定电压，为使灯泡正常发光，应移动滑动变阻器滑片使滑动变阻器接入电路的阻值减小，使灯泡电压变大，根据滑动变阻器的接法判断滑片的移动方向；当灯泡电压等于额定电压时，灯泡正常发光；由电功率公式P=UI可以求出灯泡电功率；
（5）先根据电压表的量程、分度值以及指针的位置读出电压表的示数；然后根据串联电路的电阻与电压的关系，可计算出变阻器的最小阻值．

解答 解：（1）灯泡正常发光时的电流不大于I=$\frac{P}{U}$=$\frac{2W}{3.8V}$≈0.53A＜0.6A，
因此电流表选择0～0.6A；电压表选择0～15V，滑动变阻器、灯泡、电流表串联接入电路，电路图如图所示；

（2）灯泡不亮，如果是短路或其它串联部分断路，电压表无示数；灯泡断路，电压表与电源串联测量电源电压有示数．所以故障为灯泡断路．
（3）小灯泡特别亮，电压表与电流表的示数较大，说明小灯泡两端电压太高，电路中电流太大，原因是滑动变阻器没移到阻值最大处，按要求应先断开开关再移滑片，故次序是先D后C．
（4）电压表示数2V小于灯泡额定电压3.8V，由电功率公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知灯泡实际功率小于灯泡额定功率；
由电路图可知，应向左移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变小，灯泡两端的电压变大，当电压表示数等于灯泡额定电压3.8V时，灯泡正常发光，灯泡的额定功率P=UI=3.8V×0.4A=1.52W；
（5）如果将小灯泡更换成多个不同阻值的定值电阻，可以进行电流与电阻的关系的实验，当定值电阻从10Ω换成20Ω时，定值电阻两端的电压变大，故要求定值电阻两端电压与原来一样不变，故应该减小定值电阻两端的电压，所以变阻器分担的电压应该变大，故变阻器的滑片应该向右移动；
在探究电流跟电阻的关系的实验中，保持电阻两端的电压为2V不变，则根据串联电路的电流相同的特点得：
I_定值=I_滑动，
即：$\frac{{U}_{定}}{{R}_{定}}$=$\frac{U-{U}_{定}}{{R}_{滑}}$
$\frac{2V}{{R}_{定}}$=$\frac{6V-2V}{{R}_{滑}}$
故R_定值=$\frac{1}{2}$R_滑动，
因为R_滑动=40Ω，故此时变阻器的最小阻值不能小于40Ω；
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡处断路；（3）D、C；（4）＜；左；3.8；1.52；（5）右；40；

点评 本题考查了连接实物电路图、电路故障分析、实验注意事项、电表读数、求灯泡功率等问题，连接电路图时要注意电表量程的选择；对电表读数时，要先确定其量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直．