Question

8．兴趣小组同学开展电学研究活动．

（1）要测量小灯泡的额定功率，实验室提供的器材有：标有“2.5V”的小灯泡、电池组（电压为3V）、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、导线若干．
①小虎所接的实验电路如图甲所示，电路中部分连接不合理，但只需改动一根导线，即可使电路连接正确．请你在应改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线画出正确的接法．
②改正电路后，移动滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值最大．闭合开关，此时电压表示数为1V，电流表示数为0.2A，则滑动变阻器的最大阻值为10Ω．
③移动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V，此时电流表示数如图乙所示，其值为0.26A，小灯泡的额定功率为0.65W．
④小华在实验过程中，移动变阻器滑片时，小灯泡突然熄灭．经判断，电路故障是小灯泡或电流表被烧坏．查找故障时，在不拆开电路的情况下，他把一根导线接在电流表两端，小灯泡仍不发光，可判断电路故障是小灯泡断路．
（2）小丽等同学连接并联电路时用几节旧电池做电源，发现“两个小灯泡并联的电路中再并联一个小灯泡，原来的两个小灯泡都变暗了”．他们认为，再并联一个小灯泡后，原来灯泡因两端的实际电压变小而变暗，但不知道实际电压变小的原因，于是几位同学提出了以下三种猜想：
猜想1：并联的灯泡越多，导线损失的电压越大
猜想2：并联的灯泡越多，电池两端输出的电压越小
猜想3：并联的灯泡越多，干路中的电流越小
①根据所学知识，可以判断猜想3是错误（选填：“错误”、“正确”）的．
②为了验证其他猜想，他们设计了如图丙所示的电路进行实验（注：电压表V₁并联在电池组两端）．现有四个阻值相同的电阻，先将其中一个电阻连接在A、B两点间，读出开关闭合前电压表V₁的示数，以及开关闭合后电压表V₁、V₂的示数．然后分别将两个电阻、三个电阻、四个电阻并联在A、B两点间，进行多次实验．记录的实验数据如表所示．

电阻只数	电压表V1示数 U1/V		电压表V2示数U2/V
	开关断开	开关闭合
1	6.00	5.85	5.84
2	6.00	5.71	5.69
3	6.00	5.58	5.55
4	6.00	5.45	5.41

根据表中数据回答：猜想1是正确（选填：“错误”或“正确”）的．
分析可知，电池输出的实际电压和电路中电流有关．电路中电流越大，电池两端输出的实际电压越小．
“两个小灯泡并联的电路中再并联一个小灯泡，原来的两个小灯泡都变暗了”．想一想，导致原来两个灯泡实际电压变小的主要因素是导线的电阻和电池本身的内阻及电路中电流大小．判断的依据是串联电路电压的规律和欧姆定律．

Answer 1

分析 （1）①根据小灯泡的额定电压为2.5V，可知电压表的量程应选择0～3V．
②根据串联电路电压特点求出滑动变阻器两端的电压，再根据欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值．
③根据电流表的量程和分度值确定电流表的示数；根据P=UI求出灯泡的额定功率．
④导线接在电流表两端，会造成电流表短路，根据灯泡的亮暗可以判断电路故障；
（2）①根据电阻的串联、并联规律，由欧姆定律判断；
②损失的电压等于闭合开关时V₁的示数减去V₂的示数，根据表中数据分析得出结论；
电池两端输出的实际电压即电压表V₂的示数，由4次实验电路中总电流的变化，结合表中数据分析；
根据串联电路电压的规律，U_灯=U-U_线，结合欧姆定律分析作答．

解答 解：（1）①标有“2.5V”的小灯泡、电池组（电压为3V），故电压表选用小量程与灯并联，原电路电流表选用大量程了不合理，改正后如下所示：

②改正电路后，移动滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值最大．闭合开关，此时电压表示数为U_表=1V，即灯的电压为1V，电流表示数为0.2A，根据串联电路电压的规律，变阻器的电压：
U_滑=U-U_表=3V-1V=2V，
根据串联电路电流的规律，通过变阻器的电流I_滑=0.2A，由欧姆定律，则滑动变阻器的最大阻值为：
R=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{滑}}=\frac{2V}{0.2A}$=10Ω．
③移动变阻器的滑片，使电压表的示数为2.5V，此时电流表示数如图乙所示，图中电流表选用小量程，分度值为0.02A，其值为0.26AA，小灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.26A=0.65W．
④当导线接在电流表的两端时，就能排除电流表的故障，小灯泡不亮，说明是小灯泡的故障，小灯被烧坏而断路．
（2）①由表中数据可知，设上表中电阻只数为1、2、3、4时的电阻为R₁、R₂、R₃、R₄，根据电阻的并联规律，并联的电阻小于其中任一个电阻，R₁＞R₂＞R₃＞R₄，设导线自身的电阻为r，根据电阻串联，4次实验的总电阻逐渐减小，由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，电路中的电流逐渐大，并联的灯泡越多，干路中的电流越大，故猜想3是错误的；
②由表中数据可知，当分别将一个电阻、二个电阻并联、三个电阻并联、四个电阻并联接入AB间时，损失的电压等于闭合开关时V₁的示数减去V₂的示数，U_损=U₁-U₂，导线上损失的电压分别为0.01V、0.02V、0.03V、0.04V，损失的电压逐渐增大，故并联的灯泡越多，导线损失的电压越大，猜想1是正确的；
由上分析可知，4次实验的总电阻逐渐减小，由欧姆定律，电路中的电流逐渐大，电源输出的电压（分别为5.84V、5.69V、5.55V、5.41V）逐渐变小，故电池输出的实际电压和电路中电流有关，电路中电流越大，电池两端输出的实际电压越小；
在图丙中，开关断开与闭合时，电压表V₁示数之差即为电源内阻的电压，
根据串联电路电压的规律，U_灯=U-U_线-U_内阻，由上分析可知，导致原来两个灯泡实际电压变小是因为导线上分得的电压和电池内阻的电压，根据U=IR，决定导线上电压的大小的因素是导线的电阻和电池内阻大小及电路中电流大小．
故答案为：（1）①如上所示；②10；③0.26；0.65；④小灯泡断路；
（2）①错误；②正确；小；导线的电阻和电池内阻的大小及电路中电流大小；串联电路电压的规律和欧姆定律．

点评 本题测量小灯泡的额定功率，考查电路的连接、电阻的计算、电表读数、额定功率的计算和故障分析，同时对功率增大时，导线上分得的电压变化对用电器功率的因素作了讨论，关键是熟练运用串联电路的规律及电阻的并联规律及欧姆定律，从表中获取相关的信息灵活解决问题．