Question

如图所示，将“测小灯泡的电功率”实验装置改为“测量定值电阻的电功率”，实验室提供下列器材：电流表、电压表、滑动变阻器（阻值0～20Ω）、阻值为6Ω的待测电阻R（电阻不随温度变化）、电源E（电压4.5V并保持不变）、开关S及导线若干．

（1）由电路图和实验室提供的器材可判断，实验时通过电阻R的最小电流约为______A；加在电阻两端的最大电压为______V；
（2）小明按电路图甲连接好电路后进行实验，发现闭合开关时电压表无示数，经查明只有一处故障，为查出电路故障，小明进一步观察并检查电路．当检查到电源、开关、电压表、电流表、导线及其连接都完好时，小明结合前面的观察，就可判断出电路的故障：
如果小明再观察到电流表无示数，则故障是______断路；
如果小明再观察到电流表有示数，则故障是______短路．（选填“定值电阻R”、“滑动变阻器”）
（3）排除故障后，小明继续进行实验，测得其中一组数据中电流表示数如图（乙）所示，那么此时定值电阻的实际功率为______W．
（4）在对变阻器滑片处于不同位置时的测量数据进行记录和处理时，同组的小强设计了如下表格．你认为这张表格的设计是______（选填“合理”、“不合理”）的．

次数	U/V	I/A	P/W	平均值P/W
1
2
3

（5）实验结束后老师提出一个疑问：若实验中所选电流表的量程为0～0.6A、电压表的量程为0～3V，实验要求测量时通过定值电阻的电流至少为电流表满刻度的三分之一，则测出的定值电阻的功率范围只能是______．

Answer 1

解：（1）滑动变阻器接入电路的阻值为滑动变阻器最大阻值时，电路电流最小，
为I_最小==≈0.17A；当滑动变阻器接入电路的阻值为零时，
加在定值电阻两端的电压最大，等于电源电压，为4.5V；
（2）电流表无示数，电压表无示数，电路断路，断路位置在滑动变阻器处，即：滑动变阻器断路；
电流表有示数，电路不存在断路，电压表无示数，说明与电压表并联的电阻短路；
（3）由图乙知，电流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.4A，
电阻实际功率P=I²R=（0.4A）×6Ω=0.96W；
（4）在不同电压下，电阻的功不同，求不同功率的平均值没有意义，
表格中求电阻平均功率的做法是错误，表格设计部合理；
（5）电阻阻值R=6Ω，
由题意知流过电阻的最小电流I_最小=×0.6A=0.2A，
电阻最小功率P_最小=（0.2A）²×6Ω=0.24W；
电阻两端最大电压等于电压表量程3V，
此时电路电流I===0.5A＜0.6A，
此时电阻消耗的功率最大P_最大===1.5W，
因此电阻消耗的功率范围是0.24W～1.5W．
故答案为：（1）0.17；4.5；（2）滑动变阻器；定值电阻R；（3）0.96；（4）不合理；（5）0.24W～1.5W．
分析：（1）由电路图可知，灯泡与滑动变阻器串联，电压表测灯泡两端电压，当滑动变阻器阻值全部接入电路时，电路电流最小，由欧姆定律可以求出最小电流；当滑动变阻器接入电路的阻值为零时，灯泡两端的电压最大，等于电源电压．
（2）电路故障有两种：断路或短路；电流表没有示数，说明电路断路，电压表没有示数，说明断路位置在电压表并联电路之外；电流表有示数，说明电路不存在断路，电压表无示数，说明与电压表并联的电阻短路．
（3）由图乙所示电流表确定电流表量程与最小分度值，读出电流示数，由电功率公式求出电阻的功率．
（4）在不同电压下，电阻的功不同，求不同功率的平均值没有意义，据此分析表格设计是否正确．
（5）根据题意，由电功率公式P=I²R求出电阻的功率范围．
点评：本题考查了电路故障分析、电流表读数、求电阻功率、分析实验记录表格设计是否合理、求电阻功率的范围，这是实验的常考内容，一定要掌握．读出电流表示数，由欧姆定律求出电阻阻值，根据题意确定流过电阻的最大与最小电流，是解最后一问的关键．