Question

9．小明观察发现家里轿车的前灯有好几组，且灯丝粗细不同，发光的亮度也不同，他猜想车灯的亮度可能与灯丝的粗细有关，于是他设计了模拟电路，并选择下列器材：电源、滑动变阻器、小灯泡（L₁“2.5V 1.25W”、L₂“2.5V 0.5W”各一只，代替轿车前灯）、电流表、电压表等进行实验来验证自己的猜想．
（1）按图甲连接电路时，应先将开关断开，并将变阻器的滑片移至最大值处．
（2）闭合开关S，发现无论怎样移动变阻器的滑片，灯泡L₁、L₂均不亮，A、V₁无示数，V₂有示数，则电路出现的故障是L₂断路了．
（3）排出故障后，移动变阻器的滑片，分别读出电流表、电压表的示数，观察共记录灯泡发光情况，填入表一，当变阻器滑片移至某一位置时，电流表的示数如图乙所示，则电路中的电流为0.26A，此时发现灯L₂发光异常耀眼，原因是L₂实际功率大于它的额定功率，此时，他应该将滑动变阻器的滑片向左移动，减小灯泡两端电压．
（4）分析数据，可得结论：两灯串联，灯泡的灯丝越细，发光越亮．
（5）然后，小明按图丙所示设计连接电路进行实验，记录的实验数据及现象如表二，根据表二可得出结论：两灯并联时，灯泡的灯丝越细，发光越暗．
表一：

灯泡L1	粗细	电压/V	电流/A	亮度	灯泡 L2	粗细	电压/V	电流/A	亮度
	粗	0.6	0.12	不发光		细	1.5	0.12	微亮
	粗	0.8	0.16	微亮		细	2.0	0.16	不很亮
	粗	1.0	0.20	微亮		细	2.5	0.20	较亮
	粗	1.3		不很亮		细	3.25		异常耀眼

表二：

灯泡L1	粗细	电压/V	电流/A	亮度	灯泡 L2	粗细	电压/V	电流/A	亮度
	粗	1.0	0.2	微亮		细	1.0	0.08	不发光
	粗	1.5	0.3	不很亮		细	1.5	0.12	微亮
	粗	2.0	0.4	较亮		细	2.0	0.16	不很亮
	粗	2.5	0.5	明亮		细	2.5	0.20	较亮

（6）小明完成实验后有困惑，通过向爸爸请教，明白了轿车的同侧前灯是可以不同时工作的，在额定电压相同时，若想要更换更亮的轿车前灯，应选择灯丝较粗（选填“粗”或“细”）的灯泡．

Answer 1

分析 （1）连接电路时开关应断开，变阻器处于最大值处；
（2）电流表无示数说明电路可能有断路，根据电压表示数情况分析判断故障；
（3）根据电流表的量程和分度值读出电流表示数；灯泡的亮度是由其实际功率决定的由此分析解答；
（4）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算两灯电阻，由电阻的影响因素分析两灯灯丝的粗细，根据灯泡的亮度情况分析解答；
（5）两灯并联时，根据表中灯泡亮度情况分析解答；
（6）由串联和并联电路特点，结合灯泡亮度与灯丝粗细关系分析解答．

解答 解：
（1）为了保护电路，按图甲连接电路时，应先将开关断开，并将变阻器的滑片移至最大值左端；
（2）闭合开关S，发现无论怎样移动变阻器的滑片，灯泡L₁、L₂均不亮，A无示数，说明电路可能出现断路，V₁无示数，说明V₁到电源间有断路，V₂有示数，说明V₂到电源间
是通路，由此可知故障是灯泡L₂断路了；
（3）由图乙知，电流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，所以电路中电流为0.26A；
由表格数据知此时灯泡L₂的实际电压为3.25V，所以它的实际功率：P₂=U₂I₂=3.25V×0.26A=0.845W，此时其实际功率大于它的额定功率0.5W，所以灯L₂发光异常耀眼；
由题知，L₂的额定电压是2.5V，根据串联电路的分压原理，要减小它的电压，滑动变阻器的滑片应向左滑动以增大其连入电路的阻值，使电压不高于2.5V；
（4）由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得两灯电阻：R₁=$\frac{{{U}_{额1}}^{2}}{{P}_{额1}}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{1.25W}$=5Ω，R₂=$\frac{{{U}_{额2}}^{2}}{{P}_{额2}}$=$\frac{（{2.5V）}^{2}}{0.5W}$=12.5Ω，
导体的电阻的与其材料、长度和横截面积有关，所以灯丝材料和长度一定，L₂的灯丝较细，串联时较亮；
（5）由图丙知，两灯并联，由表二中数据可知，L₁较亮，L₂较暗，所以两灯并联时，灯泡的灯丝越细，发光越暗；
（6）串联电路中各用电器相互影响，并联电路中各支路互不影响．由题知，轿车的同侧前灯是可以不同时工作的，即同侧前灯是并联的，
由（5）中结论知，在额定电压相同时，若想要更换更亮的轿车前灯，应选择灯丝较粗的灯泡．
故答案为：（1）断开；最大值；（2）L₂断路了；（3）0.26；L₂实际功率大于它的额定功率；将滑动变阻器的滑片向左移动，减小灯泡两端电压；（4）亮；（5）暗；（6）粗．

点评 本题考查电路连接的注意事项、电路故障的分析、电表读数、电功率公式的应用、电阻的影响因素以及根据表格数据分析结论等，考查知识点多，综合性强．