Question

班级同学在实验室里开展“模拟制作亮度可连续调节的调光灯”实践活动，实验器材有：6V蓄电池、规格为“2.5V　0.25A”的小灯泡，“30Ω 1A”的滑动变阻器、开关和若干导线，另有各种规格的定值电阻和实验室常用的电表可供任意选用．

（1）一位同学连接了如图甲所示电路，实验后同组的另一位同学认为该调光灯电路不符合制作要求，请你说明该同学观点的理由；
（2）该同学对原电路进行了改进，他选择了一只规格合适的定值电阻R₀串联在原电路中，如图乙所示，请你通过计算确定该电阻R₀的规格；
（3）交流中还有一些同学提出另一种改进方案，他们提出“图甲的电路不用改动，只要在原电路操作时限定操作条件，也能满足制作要求”．请你分析并说明该方案的条件设定及操作过程．

Answer 1

解：（1）由图可知，滑动变阻器与灯泡串联，要使灯泡正常工作，灯泡两端的电压最大不得超过2.5V，则滑动变阻器应分压至少为6V-2.5V=3.5V；
则滑动变阻器接入电阻至少为 =14Ω；即滑动变阻器接入电阻只能在14Ω～20Ω范围内调节，
所以滑动变阻器滑片不能随意向右移，否则灯泡两端的电压会超过2.5V．
答：滑动变阻器滑片不能随意向右移，否则灯泡两端的电压会超过2.5V．
（2）要使滑动变阻器能随意调节，即滑动变阻器短路时，灯泡能正常工作，电路中灯泡与R₀串联；
∴R₀中通过的电流为：I₀=I_L=0.25A，则R₀允许通过的最大电流不小于0.25A；
由∵U₀=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
R0===14Ω；
答：R₀的规格是阻值为14Ω，允许通过的最大电流不小于0.25A．
（3）在图甲的电路不用改动的情况下，为了保证灯泡两端的电压不超过2.5V（或通过灯泡的电流不超过0.25A），只要能随时观察灯泡两端的电压（或电流）；
故需要电压表（电流表），在实验过程中，先将电压表（或电流表）与灯泡并联（串联）；
然后在调光过程中，观察到电压表（电流表）的示数为2.5V（0.25A）时，在变阻器上做标记（或安装限位装置）；以限定滑动变阻器的移动范围．
分析：（1）由甲图可知灯泡与滑动变阻器串联，根据串联电路的电压特点分析灯泡两端的电压范围，由此可判断不符合要求之处；
（2）要使滑动变阻器能随意调节，则应让滑动变阻器短路时，灯泡的实际电压不能超过它的额定电压，即让这时灯泡正常工作，于是由串联电路的电压、电流规律可知R₀的电压和电流，再利用欧姆定律可求R₀的阻值；
（3）要使不超过灯泡的额定电压，故在实验中需要明确灯泡两端的电压，故应需要在灯泡两端并联电压表．
点评：本题考查滑动变阻器对电路中电流的控制作用，并能灵活应用串联电路的电压规律进行分析判断，这要求学生能认直审题，逐步解答，本题难度较大．