Question

15．某班同学做“测置小电灯的功率”的实验，所用器材有：标“3.8V”字样的待测小灯泡、电压恒为6V的电源、标有“5Ω 1A”和“20Ω 1A”的滑动变阻器各一个、电流表（量程为0〜0.6A、0〜3A）、电压表（量程为0〜3V、0〜15V）、开关及导线若干．
（1）甲学生在实验时，把电流表与电压表的位置接反了，闭合开关后会造成D．
A．电流表烧坏    B、电压表烧坏   C．小电灯烧坏     D、小电灯不亮
（2）乙同学按图连接电路后，操作正确，闭合开关，灯发出耀眼的光后熄灭，他接下来的操作是断开开关，更换“20Ω1A”的滑动变阻器，将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处
（3）丙同学按图连接电路后，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，没有将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处．
（4）丁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如表．

电压表示数 U/V	电流表示数 I/A	小灯泡功率 P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通过如表数据，可算得小电灯的额定功率为1.14W，还可得出关于灯丝电阻的结论是灯丝电阻随温度的升高而增大．
②当小灯泡正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值为7.3Ω
③将两个这样的小灯泡串联后直接接在6V电源的两端，两灯消粍的总功率为1.5W．

Answer 1

分析 （1）在实验时，把电流表与电压表的位置接反了，电压表串联在电路中，由于电压表的电阻很大，电源电压一定，电路中的电流较小，据此判断选择；
（2）乙同学按图连接电路后，操作正确，闭合开关，灯发出耀眼的光后熄灭，说明灯两端的电压过大，用的滑动变阻器的最大阻值太小，应最大阻值较大的滑动变阻器；
（3）灯不亮，电压表有较大的示数，说明电压表的两接线柱之间有开路；排除故障后，闭合开关时，观察到灯闪亮一下后立即熄灭，说明：闭合开关前，没有将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处；
（4）①当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡的实际功率等于灯泡的额定功率；灯丝的电阻随温度的升高而增大；
②灯泡正常发光时，与灯泡串联的滑动变阻器电压为6V-3.8V=2.2V，则根据欧姆定律即可求出滑动变阻器连入电路的阻值；
③将两个这样的小灯泡串联后直接接在6V电源的两端，各分3V的电压，由表中数据可知，此时通过的电流I=0.25A，利用P=UI求两灯消粍的总功率．

解答 解：
（1）甲在实验时，把电流表与电压表的位置接反了，如图所示：

由于电压表的电阻很大，电源电压一定，电路中的电流较小，电灯不亮，不会烧坏电流表、电压表和灯，故D正确；
（2）乙同学按图连接电路后，操作正确，闭合开关，灯发出耀眼的光后熄灭，说明用的滑动变阻器的最大阻值太小，应最大阻值较大的滑动变阻器，接下来的操作是：断开开关，更换“20Ω 1A”的滑动变阻器，将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处；
（3）丙同学按图连接电路后，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，说明电压表的两接线柱之间有开路，可能是灯泡断路；
排除故障后，闭合开关时，观察到灯闪亮一下后立即熄灭，说明：闭合开关前，没有将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处；
（4）①根据表中数据可知，当灯两端的电压U=U_额=3.8V时，I=0.3A，
额定功率：
P_额=U_额I=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中数据可知：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.0V}{0.20A}$=10Ω，
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2.5V}{0.22A}$≈11.4Ω，
R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω，
R₄=$\frac{{U}_{4}}{{I}_{4}}$=$\frac{3.8V}{0.3A}$≈12.7Ω，
R₅=$\frac{{U}_{5}}{{I}_{5}}$=$\frac{4.5V}{0.32A}$≈14.1Ω，
可见，随小电灯电压的增大，小电灯电阻变大，这是因为：随电压增大、电流随之增大，小电灯的实际功率P=UI也增大，灯的温度升高，由此可见：灯丝电阻随温度的升高而增大；
②根据表中数据可知，当小电灯正常工作时，电流为I₄=0.3A，滑动变阻器两端电压为U_滑=U-U₄=6V-3.8V=2.2V，则根据欧姆定律得连入电路的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{4}}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③将两个这样的小灯泡串联后直接接在6V电源的两端，各分3V的电压，此时通过的电流I=0.25A，两灯消粍的总功率P=UI=6V×0.25A=1.5W．
故答案为：
（1）D；
（2）断开开关，更换“20Ω 1A”的滑动变阻器，将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处；
（3）灯泡断路；闭合开关前，没有将滑动变阻器的滑片移至阻值最大处；
（4）①1.14；灯丝电阻随温度的升高而增大；②7.3；③1.5．

点评 本题考查了故障分析、求功率、求电阻阻值、数据处理等问题，关键是学生对伏安法测电功率实验的理解和掌握．