题目内容

以下是某班开展“制作模拟调光灯”综合实践活动的片段．根据题意回答有关问题．
实验器材：学生电源（电压限取6V档）、规格为“2.5V　0.25A”的小灯泡、规格为“20Ω 2A”的滑动变阻器、开关和若干导线，另有各种规格的定值电阻可供任意选用（均标注电阻值和允许通过的最大电流值）．
制作要求：亮度可连续调节；在调光的整个过程中，灯两端的电压不超过2.5V．
活动过程：

（1）计算出小灯泡正常发光时的电阻为．
（2）小欢同学按图甲设计了电路．不少同学认为该调光灯电路不符合制作要求．请你指出不符合要求之处：．
（3）小林同学认为：可在小欢的电路中再串联一只规格合适的定值电阻R₀（图乙）就能符合要求．请你根据题意和有关计算，确定R₀的规格．
（4）还有同学提出另一种改进方案：如果不串联定值电阻，可以在滑动变阻器的适当位置上做标记（或加一个限位装置）限制它的调节范围，也能符合要求．请你说明，还需增加什么电学器材，这个改进方案才能实施；并说明，如何运用增加电学器材来达到你的目的．

解：（1）由欧姆定律可得：
灯泡的电阻：R= $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ =10Ω；
（2）由图可知，滑动变阻器与灯泡串联，要使灯泡正常工作，灯泡两端的电压最大不得超过2.5V，则滑动变阻器应分压至少为6V-2.5V=3.5V；
则滑动变阻器接入电阻至少为 $\text{[math]}$ =14Ω；即滑动变阻器接入电阻只能在14Ω～20Ω范围内调节，即滑动变阻器滑片不能随意向右移，否则灯泡两端的电压会超过2.5V．
（3）R₀中允许通过的电流为：I₀=I_L=0.25A，
U₀=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
$\text{[math]}$ ；
故R₀的阻值为14Ω，允许通过的最大电流不小于0.25A；
（4）为了保证灯泡不超过2.5V，则随时观察灯泡两端的电压，故需要电压表；
在实验过程中，将电压表并联在灯泡两端，在调光过程中，观察到电压表的示数为2.5V时，在变阻器上做标记或安装限位装置，以限定滑动变阻器的移动范围．
故答案为：（1）10；
（2）滑动变阻器滑片不能随意向右移，否则灯泡两端的电压会超过2.5V；
（3）R₀的阻值为14Ω，允许通过的最大电流不小于0.25A；
（4）需要电压表，将电压表并联在灯泡两端，在调光过程中，观察到电压表的示数为2.5V时，在变阻器上做标记或安装限位装置，以限定滑动变阻器的移动范围．
分析：（1）已知灯泡的额定电压及额定电流，则由欧姆定律可求得灯泡正常发光时的电阻；
（2）由图可知电路的构成及滑动变阻器的接法，分析灯泡两端的电压范围可知电路能否正常工作，则可得出不符合要求之处；
（3）要使滑动变阻器能随意调节，则应让滑动变阻器短路时，灯泡仍不会超额定电压，则由串联电路的电压规律可求得此时R₀的分压，而限制电流不能超过灯泡的额定电流，由欧姆定律可求得阻值；
（4）要使不超过灯泡的额定电压，故在实验中需要明确灯泡两端的电压，故应需要在灯泡两端并联电压表．
点评：本题考查滑动变阻器的连接，要求学生能认直审题，并能灵活应用所学物理知识进行分析判断，对学生要求较高，题目难度较大．