Question

15．在测量小灯泡的电功率的实验中，小灯泡的额定电流为0.3A，灯丝阻值在10Ω～15Ω之间．所提供的器材有：电流表、电压表、电源（电压恒为6V）、开关各一个，滑动变阻器（“5Ω  2A”、“20Ω  1A”）两个，导线若干．

（1）如图甲所示是没有连接完的实物电路，请用笔画线代替导线将实物图补充完整．
（2）小明选用的滑动变阻器的规格为20Ω1A．
（3）闭合开关无论怎样移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是灯泡断路（写出一种即可）．
（4）排除故障，闭合开关，移动滑片，当电流表的示数为0.3A时，电压表的示数如图乙所示，读数为4V，小灯泡的额定功率为1.2 W．
（5）在某次调节过程中，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＞△R₂（选填“＞”、“＜”或“=”）
（6）小亮利用该电路探究电流跟电阻的关系，他将小灯泡换成多个定值电阻R，保持电压表示数始终为2V，多次更换阻值不同的定值电阻R，并记录各次电流表的示数，如果不更换其它实验器材，为了能够完成实验，实验过程中更换的电阻阻值应不能够大于10Ω．

Answer 1

分析 （1）由电路图可知，电压表连线不完整，根据题意确定电压表量程，电压表应与灯泡并联．
（2）求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，根据该阻值选择滑动变阻器的规格．
（3）常见的电路故障有断路与短路两种，根据电路故障现象分析电路故障原因．
（4）由图乙确定电压表量程与分度值，读出电压表示数，然后由电功率公式P=UI求出灯泡的功率．
（5）根据电流的变化判断出总电阻的变化，得出电阻变化的大小关系；
（6）根据串联电路特点与欧姆定律求出电阻最大阻值．

解答 解：（1）灯泡额定电流为0.3A，灯丝阻值在10Ω～15Ω之间，则灯泡额定电压U=IR在3V～4.5V间，电压表应选0～15V量程，电压表与灯泡并联，电路图如图1所示：

（2）电路电流为灯泡额定电流0.3A时，由U=IR可知，灯泡两端电压约为3V～4.5V，此时，滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_灯，滑动变阻器两端电压约为1.5V～3V，由R=$\frac{U}{I}$可知，此时滑动变阻器接入电路的阻值约为5Ω～10Ω，则滑动变阻器应选择“20Ω  1A”；
（3）闭合开关移动滑动变阻器滑片，灯泡始终不亮，电流表无示数，说明电路存在断路；电压表有示数，说明电压表与电源两极相连，电压表并联电路之外电路不存在断路，则与电压表并联的灯泡断路．
（4）电压表量程是0～15V，由图乙可知，电压表分度值是0.5V，电压表示数是4V，灯泡额定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（5）滑动变阻器接入电路的阻值减小，此时灯泡的阻值变大，但电路中的电流变大，可知电路中的总电阻变小，所以变阻器减小的阻值大于灯泡增大的阻值，△R₁＞△R₂．
（6）电源电压为6V，电压表示数为2V，即电阻两端电压为2V，由串联电路特点可知，滑动变阻器两端电压为：6V-2V=4V，串联电路电阻两端电压与电阻阻值成正比，则滑动变阻器接入电路的阻值是定值电阻的两倍，滑动变阻器最大阻值为20Ω，则定值电阻阻值不能超过10Ω．
故答案为：（1）电路图如图所示；（2）20Ω  1A；（3）灯泡断路；（4）4；1.2；（5）＞；（6）10．

点评 本题考查了连接电路图、实验器材的选择、电压表读数、求灯泡功率等问题，属于常见题型，知识点较多，但难度不很大．