Question

15．在“制作模拟调光灯”综合实践活动中．老师提供的器材有：电池组（电压为6V恒定）、规格为“2.5V 0.25A“的小灯泡、量程为0-3V-15V的电压表、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）．要求：闭合开关，滑动变阻器滑片在最右端时，灯泡亮度最小，向左调节滑片，灯泡亮度逐渐变亮．在调光的整个过程中，灯两端的电压不超过2.5V．
（1）如图甲是小明设计的电路图，图乙是小明完成的部分电路连接，请根据要求完成实物图连接．
（2）针对题中对调光灯的设计要求，请你指出小明设计方案的不足中．
（3）提出你的改进方案．

Answer 1

分析 （1）由图甲，滑动变阻器与灯泡串联，注意电压表量程和滑动变阻器的接法；
（2）计算灯泡电阻，从滑片移动中灯泡是否安全角度分析方案的不足；
（3）为保证灯泡安全，可考虑串联一个电阻，即使变阻器连入阻值为0，灯泡也不会烧坏，由此提出改进建议．

解答 解：
（1）由图甲，灯泡与变阻器串联，且变阻器要一上一下接入电路，因为灯泡额定电压2.5V，所以电压表应选用0-3V量程．如图所示：
；
（2）由I=$\frac{U}{R}$，灯泡正常工作的电阻R=$\frac{{U}_{额}}{{I}_{额}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω，
要保证灯泡安全，灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的最小值R_变=$\frac{U-{U}_{额}}{{I}_{额}}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω，
如果再变小，则灯泡两端的电压会超过2.5V；
（3）由（2）分析知，根据要求电路中最小阻值为14Ω，所以为满足要求应在滑动变阻器的阻值为零时，应有一个14欧姆的电阻串联在电路中保护灯泡，所以可在电路中串联一个阻值为14Ω的定值电阻．
故答案为：（1）见上图；（2）调节滑动变阻器滑片过程中，灯泡两端的电压会超出2.5V；（3）在电路中串联一个阻值为14Ω的定值电阻．

点评 本题是关于调光灯的题目，考查了电路连接、实验方案的评估和改进措施，关键是从元件规格上知道为保证安全滑动变阻器的滑片不能随意滑动．