Question

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）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______．（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
（2）另一学生按图连接电路后，闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，灯不亮，电压表有较大的示数．经检查，导线连接完好，则电路故障是：______．排除该故障换用新元件后，闭合开关时，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：______．
（3）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．

电压表的示数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______W，还可得出关于灯丝电阻的结论是：______；
②当小电灯正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值为______Ω．
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______W．
（4）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在虚线框中画出测量电路图；
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______Ω～______Ω．

Answer 1

解：（1）把电流表与电压表的位置交换连接了，电路断路，电路电流为零，
电流表与小电灯不会烧坏，小电灯不亮，由于电源电压是6V，小于电压表量程0～15V，
因此电压表不会烧坏，所以闭合开关后会造成的现象是：小电灯不亮；故选D．
（2）闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，灯不亮，电压表有较大的示数；经检查，导线连接完好，则电路故障是：小电灯断路；排除该故障换用新元件后，闭合开关时，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；
（3）①由表中数据知，灯泡额定电压U=3.8V对应的电流I=0.3A，则灯泡的额定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中数据及R=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小电灯正常发光时，电压为额定电压U_灯=3.8V，由表中数据知，此时电路电流I=0.3A，
由串联电路特点知，滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_灯=6V-3.8V=2.2V，
此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑==≈7.3Ω；
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，每个灯两端的电压是3V，由表中数据知，电路电流I=0.25A，则两灯消粍的总功率：P=UI=6V×0.25A=1.5W；
（4）①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，电路图如图所示：

②a、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==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=≈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）D；（2）灯L断路；闭合开关前没有将滑动变阻器移至最大值；（3）①1.14；灯丝电阻随温度升高而增大； ②7.3；③1.5；（4）②4.7Ω～12Ω．
分析：（1）电流表与电压表的位置交换连接，即电压表串联接入电路，理想电压表电阻为无穷大，电压表串联接入电路，电路相当于断路，电路电流为零，灯泡不发光；
（2）灯不亮，可能是灯泡断路，或灯泡短路，或灯泡之外电路存在断路，或电路电阻太大而电路电流太小不足以让灯泡发光；由电路图知，滑动变阻器滑片在最左端，滑动变阻器接入电路的阻值为零，只有灯泡接入电路，电路电阻不大，灯泡不发光不是电流太小引起的；只有灯泡接入电路，如果灯泡短路，则电源被短路，电路电流很大，电流表会被烧坏而造成电路断路，电压表不能与电源两极相连，电压表示数为零，而现在电压表示数不为零而是有较大示数，所以灯泡不可能短路；综合分析可知灯不亮的原因是灯泡断路；
开关闭合后，灯闪亮一下后立即熄灭，说明电路电流太大，电路电阻太小造成的，原因可能是闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（3）①由表找出灯泡的额定电压对应的电流，然后由P=UI求出灯泡的额定功率；
由表可知：随电压增大，灯泡的阻值增大，可从温度对电阻的影响分析原因；
②由表找出灯泡正常工作时的电路电流，由串联电路电压特点求出滑动变阻器两端的电压，然后由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值；
③由串联电路的电压特点知，两个完全相同的灯泡接入电路时，每个灯泡两端的电压相等，电源电压为6V，则每个灯泡两端的电压是3V，由表中数据找出3V所对应的电流，然后由P=UI求出两灯消耗的总功率；
（4）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．
点评：本题考查了电路故障分析、求功率、求电阻阻值、设计实验电路图等问题，最后一问求滑动变阻器接入电路的阻值范围有一定难度；解题时一定要认真、细心．