Question

20．一个额定电压是2.5V的小灯泡，正常工作时的电阻约为8?．小明想测量它的额定功率，实验室中有如下器材：电源（电压恒为6V）、电流表、电压表、开关各1个，规格分别为“10?  1A”和“50?  0.5A”的滑动变阻器2个，导线若干．

（1）小明设计了如果甲所示的电路，他应选用规格为50?0.5A的滑动变阻器．
（2）小明正确连线后，继续实验．当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数如图乙所示，小灯泡的额定功率是0.8W．
（3）实验结束后，小明整理实验器材时，发现滑动变阻器的AP部分比PD部分热，这是因为AP部分与PD部分串联，电流相等，AP部分电阻比PD部分电阻大，根据焦耳定律可知，在通电时间相等的条件下，AP部分产生的热量多．
（4）某学生在实验时，把电流表与电压表的位置交换转接了，闭合开关后会造成D（填选项前的字母）
A．电流表烧坏          B．电压表烧坏
C．小电灯烧坏          D．小电灯不亮
（5）另一学生按图连接电路后，闭合开关时，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：
闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处．
（6）小时同学用上述装置测量标有“3.8V”字样的待测小电灯的功率，用电压恒为6V的电源、标有“20?  1A”的滑动变阻器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下表．

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

通过上表数据，可算得小电灯的额定功率1.14W，还可得出关于灯丝电阻的结论是：灯丝电阻随温度的升高而增大；当小电灯正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值为7.3?．若电压表的0～15V量程已损坏，只能使用0～3V量程，其他器材不变，如何测出小电灯的额定功率？在图丙虚线框中画出测量电路图．

Answer 1

分析 （1）电源电压是6V，灯泡和滑动变阻器是串联，灯泡正常工作的电压是2.5V，根据欧姆的定律求出灯泡正常发光时通过灯泡电流的大约值；根据串联电路电压的特求出灯泡正常工作时，滑动变阻器两端电压，然后根据欧姆定律的变形公式求出滑动变阻器接入电路阻值的最小值，从而确定滑动变阻器的规格；
（2）电流表的读数：首先确定使用的量程，然后确定每一个大格和每一个小格代表的示数；根据P=UI求出额定功率；
（3）根据公式Q=W=UIt=I²Rt，在电流和通电时间相同时，电阻越大，产生的热量越多；
（4）电压表的电阻很大，故把电流表与电压表的位置交换连接后，电路中的电流很小；
（5）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；
（7）①由表找出灯泡的额定电压对应的电流，然后由P=UI求出灯泡的额定功率；
由表可知：随电压增大，灯泡的阻值增大，可从温度对电阻的影响分析原因；
②由表找出灯泡正常工作时的电路电流，由串联电路电压特点求出滑动变阻器两端的电压，然后由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值；
③0～15V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．

解答 解：（1）电源电压是6V，灯泡和滑动变阻器是串联；
灯泡正常发光时，通过电路的电流约为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=$\frac{5}{16}$A≈0.3A；
因为串联电路两端电压等于各部分电压之和，所以灯泡正常工作时，滑动变阻器两端电压：U_滑=6V-2.5V=3.5V；
由I=$\frac{U}{R}$可知，此时滑动变阻器接入电路的阻值：R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{\frac{5}{16}A}$=11.2Ω，则滑动变阻器最大阻值不应小于11.2Ω，允许通过的电流不小于0.3A．所以滑动变阻器选择“50Ω 0.5A”．
（2）由图乙所示电流表可知，其量为0～0.6A分度值为0.02A，示数是0.32A；
灯泡的额定电压是2.5V，额定电流是0.32A，P=UI=2.5V×0.32A=0.8W．
（3）AP部分与PD部分串联，电流相等，AP部分电阻比PD部分电阻大，根据焦耳定律可知，在通电时间相等的条件下，AP部分产生的热量多，所以滑动变阻器的AP部分比PD部分热；
（4）把电流表与电压表的位置交换连接后，电压表串联在电路中，电路中电阻较大，电流较小，故小电灯不亮，选D；
（5）闭合开关时，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：闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（6）①由表中数据知，灯泡额定电压U=3.8V对应的电流I=0.3A，则灯泡的额定功率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，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，故灯丝电阻随温度的升高而增大；
②小电灯正常发光时，电压为额定电压U_灯=3.8V，由表中数据知，此时电路电流I=0.3A，
由串联电路特点知，滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_灯=6V-3.8V=2.2V，此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③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；

故答案为：（1）50Ω 0.5A；（2）0.8；（3）AP部分与PD部分串联，电流相等，AP部分电阻比PD部分电阻大，根据焦耳定律可知，在通电时间相等的条件下，AP部分产生的热量多；（4）D；（5）闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；（6）1.14；灯丝电阻随温度的升高而增大；7.3．

点评 本题考查了滑动变阻器的选择、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．