Question

9．按如图1所示的电路图做“测量小电灯的功率”的实验，所用器材有：标“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）请你用笔画线代替导线，将图2的实物电路连接完整．（要求：滑片P向左移动时，小灯泡的实际功率变大）
（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，则电路故障是小灯泡断路，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．
（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．

电压表的示数 U/V	电流表的示数 I/A	小电灯的功率 P/W	小电灯的亮度
2.5	0.22	0.4	微亮
3.0	0.25	0.55	较亮
3.8	0.30	0.75	正常发光
4.5	0.32	1.44	很亮

①通过上表数据，可算得小电灯的额定功率为1.14W．
②当小电灯正常工作时，连人电路的滑动变阻器的阻值为7.33Ω．
（5）通过计算和分析表格可知，灯泡的亮度由它的实际功率决定．

Answer 1

分析 （1）图中电压表、电流表已经连接完整，主要是滑动变阻器的连接，根据要求：滑片P向左移动时，小灯泡的实际功率变大．可确定滑动变阻器的接法；
（2）电压表的电阻很大，故把电流表与电压表的位置交换连接后，电路中的电流很小；
（3）根据电路图可知，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，根据灯泡的是否发光和电压表的示数确定电路故障；
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；
（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；
（5）灯泡的实际功率决定了灯泡的明暗．

解答 解：（1）根据要求：滑片P向左移动时，小灯泡的实际功率变大．说明滑片P向左移动时，电路中的总电阻减小，由欧姆定律可知，电流变大，根据P=UI可知，小灯泡的实际功率变大，则滑动变阻器的左下端接线柱与开关右端接线柱相连，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，电流表、电压表、灯泡都不会烧坏，只有灯泡不亮，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．
（5）根据表中数据可知，灯泡两端电压变大时，灯泡的实际功率变大，灯泡越亮，因此灯泡的亮度取决于灯泡的实际功率；
故答案为：（1）见上图；
（2）D；
（3）小灯泡断路；闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（4）见下表：

电压表的示数 U/V	电流表的示数 I/A	小电灯的功率 P/W	小电灯的亮度
2.5	0.22	0.4	微亮
3.0	0.25	0.55	较亮
3.8	0.30	0.75	正常发光
4.5	0.32	1.44	很亮

①1.14；
②7.33；
（5）实际功率．

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，关键是学生对测量小电灯的功率实验的理解和掌握．