Question

13．按图所示的电路图做“测量小灯泡的功率”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）一学生按电路图正确连接电路后，变化开关，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，则电路故障是灯泡断路．
（2）排除故障换用新元件后，闭合开关，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：滑动变阻器的阻值没有调到最大．
（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表中．
①通过上表数据，可算得小灯泡的额定功率为1.14W，还可得出关于灯丝电阻的结论是：灯泡的电阻随温度的升高而增大．②当小灯泡正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值为7.3Ω（小数点后保留一位有效数字）．

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

（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在图2方框中画出测量电路图；
②若小灯泡两端最大可加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（计算结果取整数）．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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由表格数据读出灯泡正常发光时的电流，由P=UI计算其额定功率；灯丝电阻随温度的升高而增大
②由串联电路特点和欧姆定律计算小灯泡正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值；
（4）①0～15V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，据此作出电路图；
②根据题意确定滑动变阻器两端的最大电压与最小电压值，由串联电路特点求出相应的灯泡电压，由表中数据找出电压所对应的电流，然后由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最大与最小阻值，然后确定其范围．

解答 解：（1）闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最右端时，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；
（2）观察到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，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由表中数据可知，灯泡电压3.8V正常发光，此时通过的电流为0.30A，
所以灯泡的额定功率：P=UI=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，通过的电流也增大，但电压变化大于电流变化，所以小电灯电阻变大，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由串联电路特点和欧姆定律计算小灯泡正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{额}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.3A}$≈7.3Ω；
（4）①电源、开关、滑动变阻器、灯泡、电流表组成串联电路，电压表并联在滑动变阻器两端，电路图如图所示；

②a、当电压表示数为最大值3V时，小电灯两端的电压为6V-3V=3V，由表中数据知，电流为0.25A，此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑1=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
b、当小电灯电压为4.5V时，由表中数据知，电路电流为0.32A，此时滑动变阻器两端电压为6V-4.5V=1.5V，此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑2=$\frac{1.5V}{0.32A}$≈4.7Ω；
则滑动变阻器接入电路的阻值范围是4.7Ω～12Ω；
故答案为：（1）灯泡断路；（2）滑动变阻器的阻值没有调到最大；（3）①1.14；②灯泡的电阻随温度的升高而增大③7.3；（4）①如图；②4.7Ω～12Ω．

点评 本题考查了电路故障分析、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．