Question

6．如图是研究“2.5V  1W”的小灯泡灯丝电阻的电路图和实物连线图：

（1）实物接线图还差几根导线没有接好，请用笔当导线连接好实物图．
（2）在正确连接好电路后，某次测量中电流表示数为0.30A，为测得额定电压下的灯丝电阻，滑动变阻器滑片P应向左端移动（填“左”或“右”）．
（3）小王同学连接好最后一根导线．灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭．检查后发现连线正确，请你找出实验中两个操作不当之处：①连接电路时，开关未断开；②滑动变阻器的滑片没有调到最大阻值处．
（4）小明受此实验启发，想测定电动自行车上用作照明的LED（发光二极管）额定功率．在老师的帮助下通过实验得到该LED的电流电压图象如图丙所示，查阅资料知道该LED的额定电压为3V，结合图象可得该LED的额定功率为0.072 W．小明进一步发现，在额定电压下工作时，LED比小灯泡亮，请对此现象作出解释LED的电能转化为光能的效率比白炽灯的要高得多．
（5）小李同学完成实验后想再测桌上的一个定值电阻的阻值，他用的滑动变阻器上标有“30Ω  2A”字样，刚闭合开关发现电流表示数为0.18A，移动滑片电流表能达到最大电流0.58A，他很快就知道了这个电阻的阻值，这个电阻的阻值是13.5Ω

Answer 1

分析 （1）在实物图找错误连接，主要从电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用考虑：
根据灯泡的额定电压确定电压表的量程，根据I=$\frac{P}{U}$计算获得电流表的量程，还要注意电压表、电流表的正负接线柱、连接方式．
滑动变阻器要从一上一下的接线柱接法和滑片位置来分析．
（2）灯泡额定电流为I=$\frac{P}{U}$，要增大电路电流，减小总电阻，减小滑动变阻器的电阻．
（3）连接好最后一根导线还没闭合开关灯泡就发光，说明开关在连接电路之前是闭合的，灯泡立即发出明亮耀眼的光说明电路电流很大，故滑动变阻器的阻值没有调到最大阻值处．
（4）由I-U图象找出3V电压对应的电流，然后由P=UI求出LED灯的功率；从灯泡发光时，
电能转化为光能的效率分析LED灯比小灯泡亮的原因．
（5）刚闭合开关时，滑动变阻器接入电路的阻值最大；当电路中电流最大时，滑动变阻器接入电路的电阻为零；然后以电源电压为等价列两个关系式解之即可．

解答 解：（1）灯泡的额定电压是2.5V，所以电压表选择0～3V量程；
灯泡的额定电流为I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，电流表选择0～0.6A量程；
滑动变阻器任选下面一个接线柱，然后根据电路图将电路补充完整即可．如下图：

（2）电路电流为0.3A，小于灯泡额定电流0.4A，要使电路中的电流增大，总电阻应减小，要减小滑动变阻器电阻，滑片应左移．
（3）连好电路，没闭合开关灯泡就发光，说明开关之前是闭合的，这是错误操作．灯泡发出耀眼的光，说明电流很大，这是因为滑动变阻器的滑片没有调到最大阻值处，这也是不允许的．
（4）由I-U图象可知，电压U=3V对应的电流I=24mA=0.024A，
LED的额定功率P=UI=3V×0.024A=0.072W，
LED工作时电能转化为光能的效率远大于小灯泡电能转化为光能的效率，所以，在额定电压下工作时，LED比小灯泡亮；
（5）刚闭合开关发现电流表示数为0.18A，此时滑动变阻器接入电路的阻值最大，
则电源电压U=0.18A×（30Ω+R）-----①
移动滑片电流表能达到最大电流0.58A，此时滑动变阻器接入电路的阻值为零，
则电源电压U=0.58A×R------②
由①②可得：R=13.5Ω．
故答案为：（1）见上图；（2）左；（3）①连接电路，开关未断开；②滑动变阻器的滑片没有调到最大阻值处；（4）0.072；LED的电能转化为光能的效率比白炽灯的要高得多；（5）13.5．

点评 根据灯泡正常工作时的电压、电阻，判断电流表的量程比较常见．根据灯泡正常工作时的电压、功率，判断电流表量程不常见，但这是确定电流表量程的另一种方法；会根据现象判断电路故障以及根据滑动变阻器的最大值和最小值，并结合欧姆定律计算相关物理量；要认真掌握．