Question

11．在测量小灯泡额定功率的实验中，提供的电源是由三节干电池组成的电池组，小灯泡额定电压为2.5V，滑动变阻器规格为“50Ω    1A”．图甲是设计的实验电路图，图乙是未连接完整的实验电路．

（1）请用笔画线代替导线将电路连接完整．（要求滑片向左移动时灯泡变亮）
（2）张欣同学在进行实验时，连接好电路后，闭合开关，发现灯泡不亮．他将滑片由B端向A端移动过程中，开始一段时间灯泡仍然不亮，两表均无示数，但当滑片移动到线圈某点M时，灯突然发光且很亮，电压表、电流表均有较大示数，他立即断开开关，查找原因，你认为出现以上现象的原因是C
A．滑动变阻器被短路
B．滑动变阻器最大阻值太大
C．滑动变阻器线圈在B、M间有断路
D．滑动变阻器线圈在A、M间有断路
（3）解决以上问题后，闭合开关，缓慢移动滑片使电压表示数为2.5V，此时电流表示数如图丙所示，则灯泡的额定电流为0.22A，灯泡的额定功率为0.55W．
（4）在某次调节中，滑动变阻器接入电路的阻值减小了△R₁，小灯泡的阻值变化了△R₂，则△R₁大于△R₂（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）若实验中电压表电阻并非无穷大，考虑到电压表电阻对电路的影响，则由上述方案测得的小灯泡的额定功率将比真实值偏大（选填“偏大”或“偏小”）．
（6）另外一位同学还想探究电流与电阻的关系，于是将图甲中的小灯泡换成定值电阻R，并使电压表的示数始终保持2V不变，多次更换阻值不同的定制电阻R，记录各次电流表的示数如下表所示：

实验次数	1	2	3
电阻R/Ω	5	10	20
电流I/A	0.4	0.2	0.14

由于操作不当，导致其中一组数据存在错误，请判断第3次实验的数据存在错误，产生错误的原因是没有控制电阻两端的电压不变；在不更换其他器材的情况下，为能够完成实验，他更换的定值电阻R不能大于40Ω．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器应与被控制用电器串联，根据滑片移动方向灯泡亮度变化确定其接线柱，根据小灯泡的额定电压确定电压表量程，电压表并联在小灯泡的两端；
（2）灯泡不亮，两表均无示数，说明电路有断路；灯突然发光且很亮，电压表、电流表均有较大示数，说明滑动变阻器连入电路的阻值太小；
（3）弄清电流表的量程和分度值，读出电流值，根据P=UI求出额定功率；
（4）通过对滑动变阻器电阻、灯泡电阻、总电阻变化情况分析的出结论．
（5）根据实物图分析电表所测灯泡的电压和电流值的情况，从而分析误差情况．
（6）根据控制变量法分析；灯泡的灯丝电阻受温度影响，根据串联电路特点与欧姆定律分析答题．

解答 解：（1）由题知，滑动变阻器应与灯泡串联，从而控制灯泡的亮度，滑片左移灯泡变亮，说明变阻器连入电路的阻值减小，故应将A接线柱接入电路；
电压表与灯泡并联测其两端电压，因为灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表使用0-3V量程．如图所示：
；
（2）将滑片由B端向A端移动过程中，开始一段时间灯泡仍然不亮，两表均无示数，说明电路有断路；但当滑片移动到线圈某点M时，灯突然发光且很亮，电压表、电流表均有较大示数，说明电路突然接通，且变阻器连入电路的阻值太小；综上所述出现以上现象的原因是：滑动变阻器线圈在B、M间有断路；故选C．
（3）电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，读数为0.22A，
灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.22A=0.55W；
（4）滑动变阻器电阻变小，由分压原理可知，变阻器两端电压减小，则灯泡两端电压增大，电流也增大，灯丝温度升高，灯泡电阻变大，总电阻变小；根据R=R_滑+R_灯，只有当R_滑的减小量大于R_灯的增加量才会让总电阻变小，即△R₁＞△R₂．
（5）电压表内阻虽然大，但仍有电流通过电压表；由实物图可知，电压表与灯泡并联，所测就是灯泡两端电压，但电流表测的是灯泡和电压表的电流之和，即测得灯泡的电流偏大，由P=UI可知所测额定功率比真实值偏大．
（6）探究电流与电阻的关系，应控制电压不变，由表格可知，第3次实验的电压为20Ω×0.14A=2.8V，与1和2的电压不同，故第3次实验的数据存在错误；产生错误的原因是没有控制电阻两端的电压不变；
小灯泡换成定值电阻R，电源电压为4.5V（三节干电池），电阻两端电压为2V，滑动变阻器分压为2.5V，串联电路中电流相同，则有$\frac{2V}{R}$=$\frac{2.5V}{50Ω}$，解答R=40Ω，即他更换的定值电阻R不能大于40欧．
故答案为：（1）如图；（2）C；（3）0.22；0.55；（4）大于；（5）偏大；（6）3；没有控制电阻两端的电压不变；40．

点评 本题考查了连接电路图、电路的调节、电流表读数、求灯泡功率等问题；对电流表读数时，应先确定电流表量程与分度值，然后再读数，读数时，视线要与电流表刻度线垂直，考查角度广，设计知识点多，综合性较强，具有一定的代表性．