Question

7．（1）某小组同学利用图甲所示的电路图测量小灯泡的电功率．灯泡额定电压为3.8V、电阻约为10Ω．
①请帮该组同学将图甲的实物电路连接完整．
②闭合开关后，发现电压表示数接近电源电压，电流表指针有明显偏转，移动变阻器的滑片，两表示数均不变，原因可能是滑动变阻器接入电路的阻值为零．
③问题解决后，闭合开关，改变变阻器滑片P的位置，当小灯泡正常发光，电流表示数如图乙所示，此时灯泡的额定功率为1.52W．
（2）测量结束后，该小组同学用图丙的电路图探究欧姆定律，实验中他们所用的定值电阻分别是5Ω、10Ω、15Ω，电源电压为4.5V．在探究“电阻上的电流跟电阻的关系”时，控制定值电阻两端电压3V不变，把定值电阻由5Ω换成10Ω，闭合开关后，下一步的操作是：将变阻器的滑片P向右（填“左”或“右”）移动，目的是保持定值电阻两端电压不变．若要完成整个实验，选择的滑动变阻器的最大阻值至少为7.5Ω．

Answer 1

分析 （1）①由电路图可知，滑动变阻器与电压表连接不完整，滑动变阻器应串联接入电路，电压表应并联在灯泡两端；
②电流表指针有明显偏转，说明电路电阻较小，可能是灯泡短路或滑动变阻器接入电路的阻值为零造成的；
电压表示数接近电源电压，说明与电压表并联的灯泡不存在短路，灯泡之外电路存在短路，
由此可知，电路故障是滑动变阻器接入电路的电阻为零（短路）造成的；
③当灯泡电压为额定电压时，灯泡正常发光，根据图甲和图乙确定电流表的量程及分度值，由图读出电流表示数，再根据P=UI求出灯泡的额定功率；
（2）当将电阻由5Ω更换为10Ω后，定值电阻阻值变大，定值电阻分压变大，滑动变阻器分压变小，
为保证电阻两端电压不变，应移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，使定值电阻两端电压保持不变；
根据串分压的知识，当电阻的阻值最大时，所需滑动变阻器的阻值最大，应用串联电路特点与欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的最大阻值．

解答 解：（1）①因为灯泡额定电压是3.8V，所以电压表应选0～15V量程，滑动变阻器串联接入电路，电压表与灯泡并联，电路图如图所示：

②电压表示数接近电源电压，电流表指针有明显偏转，移动变阻器的滑片，两表示数均不变，
原因可能是滑动变阻器同时接上面两个接线柱或滑动变阻器短路，即滑动变阻器接入电路的阻值为零造成的．
③灯泡正常发光时，其电压为额定电压U=3.8V；
电流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，电流表的示数I=0.4A，
则灯泡的额定功率：P=UI=3.8V×0.4A=1.52W．
（2）定值电阻由5Ω更换为10Ω后，定值电阻分压变大，大于原来的电压，为保持定值电阻两端电压不变，
由电路图丙可知，应向右移动滑动变阻器滑片，增大滑动变阻器接入电路的阻值，增大滑动变阻器的电压，
使定值电阻两端电压减小到原来的值，即保持定值电阻两端电压不变．
当定值电阻的最大阻值为15Ω，根据串联分压的知识，此时所需滑动变阻器的阻值最大；
此时电路中电流：I=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{定}}$=$\frac{3V}{15Ω}$=0.2A，
根据串联电路电压特点可知，滑动变阻器两端的电压：
U_滑=U-U_定=4.5V-3V=1.5V，
由I=$\frac{U}{R}$得，滑动变阻器接入的最大阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{1.5V}{0.2A}$=7.5Ω．
故答案为：（1）①见上图；②滑动变阻器接入电路的阻值为零；③1.52；
（2）右；保持定值电阻两端电压不变；7.5．

点评 本题考查了连接实物电路、电路故障分析、电流表读数、滑动变阻器的调节及电功率的计算等问题，是实验的常考问题，一定要要注意掌握应用；
在探究电流与电阻关系实验应用控制变量法是正确解题的关键，其中计算滑动变阻器的最大电阻是本实验的难点．