Question

7．某同学在“测量小灯泡电功率”的实验中，设计了如图甲所示的电路图．小灯泡上标有“2.5V”字样（电阻约为10Ω），电源电压为4.5V，滑动变阻器标有“20Ω，2A”．请回答下列问题．

（1）连接电路时开关应断开．
（2）请你用笔画线代替导线，将实物甲图连接完整．
（3）闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片移到A （选填“A”或“B”）端．
（4）实验中分别记下了多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制了U-I图象如图乙所示．根据U-I图象提供的信息，当加在小灯泡两端的电压为1.5V时，小灯泡的电阻是7.5Ω．由图象可知小灯泡的额定功率是0.625 W；
（5）另一位同学利用上述实验仪器和实验电路，用阻值为5Ω、10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻各一个替换小灯泡，探究“电流与电阻的关系”实验．
①将5Ω定值电阻接入电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表示数为2.5V，记下电流表示数．
②将5Ω定值电阻换成10Ω定值电阻，闭合开关，为了保持电压表 的示数不变，应将滑动变阻器的阻值调大（选填“大”或“小”），记录此时各表的示数．
③当他用30Ω定值电阻进行实验时，发现无论如何移动滑动滑片P都无法使电压表示数达到2.5V不变，你认为其原因可能是滑动变阻器的最大阻值太小了（填一种即可）．

Answer 1

分析 （1）为保护电路，连接电路过程中开关应断开；
（2）根据欧姆定律求出灯泡额定电流的大约值据此确定电流表的量程，且与灯泡串联；
（3）闭合开关前，应将滑片移至最大阻值处；
（4）由图象求出灯泡电压为额定电压U=2.5V时，电路电流I，由P=UI可求出灯泡的额定功率．读出1.5V时的电流值，根据R=$\frac{U}{I}$计算出电阻值；
（5）②根据串联电路的分压特点，换接电阻后，应保持电压表的示数不变，根据串分压的知识判断滑片的移动方向；
③根据欧姆定律求出若换用30Ω的定值电阻进行实验时定值电阻两端的电压，根据能否使电压表的示数等于2.5V得出结论．

解答 解：（1）连接电路时开关应断开；
（2）灯泡正常发光时电路中的电流约为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以电流表应选择0～0.6A的量程，电流表与灯泡串联，如图所示：

（3）由图知，滑动变阻器的下面接了右边的B接线柱，所以闭合开关前，应将滑片移至最左端即A端，使其接入电路的阻值最大；
（4）由图象可知，当U=1.5V时，I=0.2A，则R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{0.2A}$=7.5Ω；
当U_额=2.5V时，I_额=0.25A，则小灯泡的额定功率P_额=U_额I_额=2.5V×0.25A=0.625W．
（5）②将5Ω电阻换成10Ω后，电阻增大，则电阻两端分担的电压变大，即电压表的示数会变大，该实验应控制电压表的示数保持不变，故应减小定值电阻两端的电压，增大滑动变阻器两端的电压，根据串联分压的规律可知，应该增大滑动变阻器的阻值；
③当定值电阻为30Ω时，此时滑动变阻器最大阻值为20Ω，设定值电阻两端的电压为U_R，根据串联电路的电压规律可知，滑动变阻器两端的电压为U-U_R=4.5V-U_R，
串联电路中各处的电流是相同的，通过定值电阻的电流与通过滑动变阻器的电流相同，
所以$\frac{{U}_{R}}{30Ω}$=$\frac{4.5V-{U}_{R}}{20Ω}$，解得：U_R=2.7V，
由于滑动变阻器的最大阻值太小，定值电阻两端最小电压2.7V＞2.5V，无法保持定值电阻两端电压始终为2.5V．
故答案为：（1）断开；（2）如上图所示；（3）A；（4）7.5；0.625；（5）②电压表；大； ③滑动变阻器的最大阻值太小了．

点评 本题考查了滑动变阻器的选择、实物电路的连接、电流表的读数、故障分析、功率计算以及从图象获取信息的能力，从图象中获取信息属于中招的热点，一定要掌握这种能力．