Question

20．按图示的电路图做“测量小电灯的功率”的实验．所用器材有：标有“3.8V”字样的待测小电灯、电压恒为6V的电源、标有“20Ω  1A”的滑动变阻器、电流表（量程为0-0.6A、0-3A）、电压表（量程为0-3V、0-15V）、开关及导线若干．

（1）请你根据图甲的电路图，将图乙中的实物连接成完整的实验电路．
（2）某学生在实验时，把电流表与电压表的位置交换连接了，闭合开关后会造成D．填选项前的字母）
A．电流表烧坏      B电压表烧坏      C．小电灯烧坏      D．小电灯不亮
（3）另一学生按图连接电路后，闭合开关，将滑动变阻器的滑片从最右端移到最左端，该过程中灯不亮，电压表有较大的示数．经检查，导线连接完好，则电路故障可能是：小电灯断路．排除故障后，闭合开关时，观察到灯闪亮一下后立即熄灭，则该学生在操作过程中的不当之处是：闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处．
（4）小明同学按电路图正确连接电路后，闭合开关，从大到小调节滑动变阻器的阻值，并将正确操作下的电压表和电流表的示数填入下表．

电压表示数U V	电流表的示数I/A	小电灯的功率P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通过上表数据，可算得小电灯的额定功率为1.14W，还可得出关于灯丝电阻的结论是：灯丝电阻随温度的升高而增大．
②当小电灯正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值为7.3Ω．（结果保留一位小数）
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，两灯消耗的总功率为1.5W．
（5）若电压表的0～15V量程已损坏，只能使用0～3V量程，其它器材不变，如何测出小电灯的额定功率？①在上图虚线框中图丙画出测量电路图：②若小电灯两端最大可加4.5V电压，为保证实验时你所设计的测量电路中各元件的安全，参照小明的实验数据，估算滑动变阻器接入电路的阻值范围应为4.7～12Ω．

Answer 1

分析 （1）将电压表与灯泡并联，滑动变阻器一上一下串联在电路中；
（2）电压表串联在电路中，则电压表的示数约等于电源电压，电路中几乎没有电流；
（3）电压表约等于电源电压，则可能是与其并联的灯泡断路；
灯泡被烧坏，说明灯泡两端的电压过大，从而可得滑动变阻器的滑片未移至最大阻值处；
（4））①根据P=UI分别求出灯泡在不同电压下的功率；
当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡的实际功率等于灯泡的额定功率；灯丝的电阻随温度的升高而增大；
②灯泡正常发光时，与灯泡串联的滑动变阻器电压为6V-3.8V=2.2V，则根据欧姆定律即可求出滑动变阻器连入电路的阻值；
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，则每个灯泡两端的电压为3V，由表格数据找出灯泡两端的电压为3V时的电流，即可根据P=UI求出总功率；
（5）①0～15V量程已损坏，而灯泡额定电压为3.8V，超过电压表的另一量程0～3V；电源电压是6V，灯泡正常发光时，与灯泡串联的滑动变阻器电压为6V-3.8V=2.2V，小于电压表量程0～3V，因此可以用电压表测滑动变阻器电压，以便间接测量灯泡电压，据此作出电路图；
②根据题意确定滑动变阻器两端的最大电压与最小电压值，由串联电路特点求出相应的灯泡电压，由表中数据找出电压所对应的电流，然后由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最大与最小阻值，然后确定其范围．

解答 解：（1）将电压表与灯泡并联，灯泡的额定电压为3.8V，则电压表可选择0～15V的量程；
滑动变阻器与灯泡串联，已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图所示：

（2）把电流表与电压表的位置交换连接后，电压表串联在电路中，电路中电阻较大，电流较小，故灯泡不亮，选D；
（3）闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，电路为灯泡的基本电路，灯不亮，电压表有较大的示数，说明电路故障为断路，并且电压表与电源两极相连，故小电灯断路；
开关时，观察到灯闪亮一下后立即熄灭，该学生在操作过程中的不当之处是：闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（4）①根据表中数据可：P₁=U₁I₁=2V×0.2A=0.4W，
P₂=U₂I₂=2.5V×0.22A=0.55W，
P₃=U₃I₃=3V×0.25A=0.75W，
P₄=U₄I₄=3.8V×0.3A=1.14W，
P₅=U₅I₅=4.5V×0.32A=1.44W；
当灯泡两端电压为3.8V时，灯泡的实际功率等于额定功率，即1.14W；
由表中数据及R=$\frac{U}{I}$可知，随小电灯电压的增大，小电灯电阻变大，这是因为：随电压增大、电流随之增大，小电灯的实际功率P=UI也增大，灯的温度升高，由此可见：灯丝电阻随温度的升高而增大；
②根据表中数据可知，当小电灯正常工作时，电流为I=0.3A，滑动变阻器两端电压为U₂=U-U_额=6V-3.8V=2.2V，则根据欧姆定律得连入电路的阻值R₂=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.33Ω．
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，则根据串联电路的电压特点可知：灯泡两端的电压为3V，由表中数据可知，当灯泡两端的电压为3V时，电流I′为0.25A，则两灯消耗的总功率P=UI′=6V×0.25A=1.5W；
（5）电源、开关、滑动变阻器、灯泡、电流表组成串联电路，电压表并联在滑动变阻器两端，如图所示：

当灯泡正常发光时，灯泡和滑动变阻器串联在电路中，电源电压为6V，要使灯泡电压为3.8V，滑动变阻器两端电压为6V-3.8V=2.2V，把电压表并联在滑动变阻器的两端，移动滑动变阻器的滑片，示数为2.2V时，灯泡正常工作．
a、当电压表示数为最大值3V时，小电灯两端的电压为6V-3V=3V，由表中数据知，电流为0.25A，此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑1=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
b、当小电灯电压为4.5V时，由表中数据知，电路电流为0.32A，此时滑动变阻器两端电压为6V-4.5V=1.5V，此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑2=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
则滑动变阻器接入电路的阻值范围是4.7Ω～12Ω；
故答案为：
（1）见上图；
（2）D；
（3）小电灯断路；闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（4）①

电压表示数U V	电流表的示数I/A	小电灯的功率P/W
2.0	0.20	0.4
2.5	0.22	0.55
3.0	0.25	0.75
3.8	0.30	1.14
4.5	0.32	1.44

1.14；灯丝电阻随温度的升高而增大；②7.3；③1.5；
（5）如上图；4.7～12．

点评 本题考查了故障分析、求功率、求电阻阻值、数据处理等问题，最后一问需要注意两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，灯泡两端的电压为3V，电流需要从数据中判断．