Question

13．按图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
（2）另一学生按电路图正确连接电路后，闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最右端时，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）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7.33Ω．
（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图2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4.7Ω～12Ω．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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；
（3）①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；
（4）0～15V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，据此设计电路图；
滑动变阻器两端的电压允许的范围为1.5V～3V，滑动变阻器的电流与灯泡对应电压时的电流相同，故可求出滑动变阻器的阻值范围．

解答 解：（1）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；
（2）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；
（3））①根据表中数据可：P_额=U_额I_额=3.8V×0.3A=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．
（4）①电压表大量程损坏，可将电压表与滑动变阻器并联，接线选用小量程，当电压表示数为2.2V时，可使灯泡正常工作；电路图设计如下：

②当灯泡两端电压为4.5V时，滑动变阻器的电压U=6V-4.5V=1.5V，经过滑动变阻器的电流与灯泡电流相同且为0.32A，此时滑动变阻器的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
当滑动变阻器两端电压达到电压表量程最大值3V时，灯泡两端电压也为3V，此时经过滑动变阻器的电流与灯泡电流同为0.25A，此时滑动变阻器的电阻
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
故滑动变阻器接入电路的电阻范围：4.7Ω～12Ω．
故答案为：
（1）D；
（2）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；
（3）①1.14；灯丝电阻随温度的升高而增大；②7.33；
（4）①如上图所示；②4.7；12．

点评 本题考查了故障分析、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；解题时要认真、细心答题．