Question

2．按图示的电路图做“测量小电灯的功率”的实验．所用器材有：标有“3.8V”字样的待测小电灯、电压恒为6V的电源、标有“20Ω 1A”的滑动变阻器、电流表（量程为0～0.6A、0～3A）、电压表（量程为0～3V、0～15V）．

（1）请你根据图甲的电路图，将图乙中的实物图连接成完整的实验电路．
（2）某学生在实验时，把电流表与电压表的位置交换连接了，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
（3）另一学生按图连接电路后，闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，灯不亮，电压表有较大的示数．经检查，导线连接完好，则电路故障是：灯泡断路．排除该故障换用新元件后，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移到最大阻值处；．
（4）小明同学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

①通过上表数据，可算得小电灯的额定功率为1.14W
②当小电灯正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值为7.3Ω．（结果保留一位小数）
③将两个这样相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源两端，两灯消耗的总功率为1.5W．
（5）为了探究电流和电阻的关系，霄霄同学找到几个定值电阻，阻值分别是10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω，且保持电压表的示数为3.8V不变．当用40Ω的电阻进行实验时，发现电压表的示数始终不能调到3.8V，聪明的霄霄想到了解决办法，若要顺利完成研究电流和电阻关系的实验她可以怎么办？换用最大阻值至少为23.2Ω的变阻器．

Answer 1

分析 （1）根据灯的额定电压确定电压表量程与灯并联；
（2）分析电路的连接，根据电压表内阻很大分析；
（3）灯不亮，说明电路可能断路；电压表有较大示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的灯泡断路了； 
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；
（4）①灯在额定电压下的功率为额定功率，根据P=UI求出灯泡的额定功率；
②根据串联电路的规律和欧姆定律求变阻器中连的入电阻；
③根据分压原理确定两灯的实际电压，由表中数据得到电路中的电流，根据P=UI求电路的总功率；
（5）根据串联电路电压的规律求出变阻器的电压，由分压原理确定变阻器连入电路中的阻值至少为多大．

解答 解：（1）灯的额定电压为3.8V，电压表选用大量程与灯并联，如下图所示：

（2）连接电路时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相当于断路，所以电路中几乎没有电流，因此电表和用电器都不会被烧坏，但灯泡不发光，故选D；
（3）闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，灯不亮，电压表有较大的示数．经检查，导线连接完好，则电路故障是：灯泡断路；
闭合开关时，观察到灯闪亮一下后立即熄灭，说明电路为通路，电流过大，将灯烧坏了，根据欧姆定律，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；
（4）根据表中数据：
①灯在额定电压的功率为额定功率，由表中数据可知，灯在额定电压3.8V时的电流为0.3A，故灯的额定功率：
P_L=U_LI_L=3.8V×0.3A=1.14W，
②当灯正常发光时，变阻器分得的电压为U_变=6V-3.8V=2.2V，
由串联电路电流的规律，通过变阻器的电流：I_变=0.3A：
由欧姆定律，变阻器连入电路中的电阻：
R_变=$\frac{{U}_{变}}{{I}_{变}}=\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③将两个这样相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源两端，因灯的电阻相等，由分压原理，每灯的实际的电压为：U_实=$\frac{1}{2}$×6V=3V，
由表中数据可知，此时电路中的电流为：I_实=0.25A，
两灯的总功率：P_总=UI_实=6V×0.25A=1.5W；
（5）探究电流和电阻的关系要控制电压表为3.8V不变，根据串联电路电压的规律，变阻器分得的电压：
U_滑=U-U_表=6V-2.2V，
变阻器的电压是电压表示数的$\frac{2.2V}{3.8V}$倍，当用40Ω的电阻进行实验时，根据分压原理，变阻器连入电路中的电阻为：R_滑=$\frac{2.2}{3.8}$×40Ω≈23.2Ω＞20Ω，
即原来变阻器的最大阻值太小导致电压表的示数始终不能调到3.8V，若要顺利完成研究电流和电阻关系的实验，她可以换用最大阻值至少23.2Ω的变阻器．
故答案为：（1）如上图所示；（2）D；（3）灯泡断路；滑动变阻器滑片没有移到阻值最大处；（4）①1.14；②7.3；③1.5；（5）换用最大阻值至少为23.2Ω的变阻器．

点评 本题测量小电灯的功率，考查电路的连接、反常现象的判断、故障的分析、功率和电阻的计算及对器材的要求，综合性较强，均为电学中的重要内容，要掌握．