Question

7．在复习电学知识时，小明在实验室又做了“测量小灯泡电功率”和“探究电流与电压、电阻关系”的实验．实验中，所用的电源电压为6V，小灯泡的额定电压为3.8V，滑动变阻器的规格为“30Ω 1A”．

（1）在“测量小灯泡的电功率”的实验中，小明按图甲所示的电路图正确连接了电路．实物中少了两根导线．请用笔画线代替导线补上，将图乙中的实物电路连接完整．
（2）连接电路时开关应断开，滑动变阻器滑片P应放在最左端（选填“左”或“右”）．
（3）闭合开关后，移动变阻器的滑片，当电压表的示数为3.8V 时，电流表的示数如图丙所示，则小灯泡的额定功率为1.52W．
（4）移动变阻器的滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成如图丁所示的小灯泡的I-U 图象．由图象可知：当小灯泡两端的电压增大时，小灯泡的电阻变大（选填“变大”、“不变”或“变小”），如果小灯泡两端的电压为1.9V，则小灯泡的实际功率大于0.38W（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）在做“探究电流与电阻关系”的实验时，小明所用的四个定值电阻的阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω．他直接利用测量小灯泡电功率时所连的电路进行实验，他把电路中的小灯泡取下，电路的其他元件连接方式不动，把四个定值电阻分别接入电路中进行探究．如果要保证电路中各元件的安全，且用四个电阻都能顺利地完成实验，则定值电阻两端的电压应该在B范围内选择．
A．U≤3V       B． 2.4V≤U≤3V      C．U≥3V      D．3V≤U≤6V．

Answer 1

分析 （1）在“测量小灯泡的电功率”的实验中，根据灯泡的额定电压判断出电压表的量程，然后根据滑动变阻器的使用和电压表并联使用的特点连接实物电路图．
（2）连接电路时，开关应断开；在闭合开关之前，滑动变阻器应处于最大阻值处，是为了防止电流过大烧坏电路元件；
（3）根据电表的量程和分度值读出电表的示数，根据P=UI即可计算灯泡的额定功率；
（4）根据R=$\frac{U}{I}$得出灯泡的电阻与与电压的关系，然后根据欧姆定律判断出灯泡的实际电流，利用P=UI即可判断实际功率的大小．
（5）“探究电流与电阻的关系”实验时，应控制不同值电阻的电压保持不变，电流表允许通过的最大电流为
I_最大=0.6A，根据欧姆定律，I_最大=$\frac{{U}_{最大}}{{R}_{最小}}$，U_最大=I_最大R_最小，在求定值电阻两端的最大电压时，应以最小的定值电阻为准；
当选用最大的定值电阻20Ω时，且变阻器连入电路中的电阻最大时，电路中的电流最小，根据串联电路电流的特点，即通过定值电阻的最小电流，I_最小=$\frac{{U}_{最小}}{{R}_{最大}}$，所以，U_最小=I_最小R_最大，所以，在求定值电阻两端的最小电压时，应以最大的定值电阻为准．

解答 解：（1）由图甲所示电路图可知，灯泡与滑动变阻器串联，电压表与灯泡并联，电流表串联在电路中，根据灯泡的额定电压为3.8V可知电压表的量程选0～15V，则实物电路图如图所示：

（2）为保护电路，在连接电路时，应断开开关；在闭合开关之前，滑动变阻器应处于最大阻值，即在左端；
（3）当电压表的示数为3.8V，灯泡正好正常工作，由乙图：电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，所以通过灯泡的电流I=0.4A，
则灯泡的额定功率P_额=U_额I=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）由图象可知：$\frac{U}{I}$的比值随电压的增大而增大，根据R=$\frac{U}{I}$可知对应的电阻是逐渐增大．
如果小灯泡两端的电压为1.9V，即：U_实=1.9V=$\frac{1}{2}$U_额，
由于灯泡的电阻随电压的增大而增大，则通过灯泡的实际电流I_实＞$\frac{1}{2}$I_额=$\frac{1}{2}$×0.4A=0.2A，
所以，P_实=U_实I_实＞1.9V×0.2A=3.8W．
（5）探究电流与电阻的关系”实验时，应控制不同电阻的电压保持不变，根据把5Ω、10Ω、15Ω、20Ω分别接入电路中进行探究，保证电路中各元件的安全，且用四个电阻都能顺利地完成实验：
因电流表的量程为0～0.6A，所以电路中的最大电流为0.6A，当接入最小的电阻5Ω时，电压表示数即为允许的最大电压U_最大=R_最小I_最大=5Ω×0.6A=3V；
因变阻器的最大阻值为30Ω，当变阻器电阻全部连入电路中时，若接入最大的电阻R_最大=20Ω，此时电路中的最小电流I_最小=$\frac{U}{{R}_{定最大}+{R}_{滑最大}}$=0.12A，定值电阻的最小电压U_小=I_小R_定大=0.12A×20Ω=2.4V．
所定值电阻两端的电压应该在 2.4V≤U≤3V范围内，故选B．
故答案为：（1）图见上；（2）断开；左；（3）1.52；（4）变大；大于；（5）B．

点评 本题测量连接实物电路图、灯泡电功率，考查额定功率的计算、影响电阻大小的因素、实际功率的大小的计算，在探究电流与电阻的关系实验中主要考查了控制变量法的运用及完成实验对定值电阻的电压要求，最后两问难度大，综合性强，对能力要求高．