Question

4．如图甲所示是小刚“测小灯泡电功率”的实验电路．其中电源电压为6V，小灯泡额定电压为2.5V、电阻约为l0Ω．滑动变阻器有A规格“l0Ω  2A”、B规格“50Ω  lA”可选．

（1）本实验应该选择B规格的滑动变阻器．连接电路时开关应断开，闭合开关前，图中滑动变阻器的滑片P应位于B （选填“A”或“B”）端．
（2）请用笔画线代替导线将图甲的实验电路连接完整．
（3）检查电路连接无误，闭合开关后，灯泡不亮，电压表有示数且接近电源电压，电流表指针几乎不动，产生这一现象的原因可能是灯泡断路．
（4）闭合开关后，小刚发现电流表和电压表有示数但都很小，且看不到小灯泡发光，其原因是滑动变阻器连入电路中的电阻太大，灯泡的实际电功率很小．
（5）小张同学在做实验时，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，电流表示数变大，电压表示数变小，原因可能是电压表接在了滑动变阻器两端．
（6）当变阻器滑片P移到某一位置时，电压表示数如图乙所示，为1.8V．要测小灯泡的额定功率，应将滑片P向A （选填“A”或“B”）端移动，使电压表示数为2.5V．
（7）实验中，某同学的小灯泡先由暗变亮，然后发出耀眼的光后被烧坏．为了避免灯丝烧断，请你提出在调节滑动变阻器的过程中应注意的事项：缓慢调节滑动变阻器的滑片，同时观察电压表的示数，使其不能超过小灯泡额定电压值．
（8）完成上述实验后，又找来额定电压为3.8V小灯泡了一个阻值为R₀的电阻和两个开关．并借助部分现有的实验器材，设计了如图乙所示的电路，也测出了小灯泡的额定功率．请完成下列的实验步骤：
①闭合开关S₁和S₃，移动滑片，当电压表的示数为3.8V时，停止移动滑片，然后再断开闭合的开关：
②保持滑片的位置不动，再闭合开关S₁和S₂，读出此时电压表的示数为U；
③灯泡额定功率的表达式为P_额=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和测量量表示）．
（9）利用如图丙所示电路还可以完成的电学实验有（写出一个即可）测小灯泡的电阻．

Answer 1

分析 （1）灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据欧姆定律求出此时电路中的电流，根据串联电路的电压特点求出滑动变阻器两端的电压，利用欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的阻值即可选择器滑动变阻器的规格；为防止电路中电流过大烧坏用电器，开关应断开，为保护电路，在闭合开关前，滑片应处于最大阻值处；
（2）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程且与灯泡并联；
（3）灯泡不亮，可能是灯泡断路或灯泡短路或灯泡之外的电路断路；电压表示数接近电源电压，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；电流表示数几乎为零，说明电路电阻特别大，电压表直接串联在电路中，由此判断故障；
（4）闭合开关后，小刚发现电流表和电压表有示数但都很小，且看不到小灯泡发光，说明灯泡分得的电压太小，电路中的电阻过大造成的；
（5）移动滑动变阻器的滑片，当电流表示数变大时，表明滑动变阻器接入电路的电阻变小，根据串联电路的分压原理可知，变阻器两端电压变小，据此分析；
（6）根据电压表的量程和分度值读出电压表的示数，电压表的示数小于灯泡的额定电压，要使灯泡正常工作，灯泡两端电压增大到2.5V，电路电流要增大，总电阻要减小，滑动变阻器的电阻要减小；
（7）本实验中电压表测灯泡两端的电压，灯泡的与实际功率、实际电压的大小，为防止灯泡被烧坏，调节滑动变阻器可以观察电压表的示数来进行；
（8）要测量灯泡额定功率，首先让灯泡两端电压等于额定电压3.8V，然后结合电路图，在让灯泡正常工作前提下，找出能够计算出电功率的实验步骤，最后计算出电功率；
（9）由图丙可知，利用电压表可测出电灯电压和电源电压，从而计算定值电阻电压，根据欧姆定律，结合串联电路的电流规律，可计算灯泡L的阻值．

解答 解：（1）灯泡正常发光时的电压等于额定电压U_L=2.5V，根据欧姆定律可知此时电路电流约为I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
所以本实验中应该选择规格为“50Ω  1A”的B滑动变阻器；
在连接电路时，为保护电路，开关应断开；
为保护电路，在闭合开关前，滑片应置于最大阻值处，由图可知，P应处于B端；
（2）灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表的量程为0～3V，且与灯泡并联，如图所示：
（3）闭合开关S，灯泡不亮，电流表示数几乎为零，电压表示数接近电源电压，其电路故障可能是灯泡断路；
（4）闭合开关后，电流表和电压表有示数但都很小，且看不到小灯泡发光，其原因是滑动变阻器连入电路中的电阻太大，灯泡的实际功率很小；
（5）移动滑动变阻器的滑片，当电流表示数变大时，表明滑动变阻器接入电路的电阻变小，根据串联电路的分压原理可知，变阻器两端电压变小，由题可知电压表示数变小，表明电压表测变阻器两端电压，即与滑动变阻器并联了；
（6）电压表使用0～3V量程，分度值为0.1V，电压为1.8V；要使灯泡正常工作，灯泡两端电压从1.8V增大到2.5V，电路电流要增大，总电阻要减小，滑动变阻器的电阻要减小，滑片向A端移动，使电压表的示数为2.5V为止；
（7）缓慢调节滑动变阻器的滑片，同时观察电压表的示数，使其不能超过小灯泡额定电压值；
（8）①让灯泡两端电压等于额定电压3.8V，使灯泡正常工作，应闭合开关S₁和S₃，移动滑片电压表示数为3.8V；
②使灯泡能够正常工作，能够通过已知电阻R₀计算出通过灯泡电流，应闭合开关S₁和S₂，读出电压表示数U，由R₀两端电压：U₀=U-U_灯，通过R₀电流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$；
③当闭合S₁和S₃时，R₀和灯泡串联，电压表测灯泡两端电压，当闭合S₁和S₂时，电压表测R₀和灯泡两端总电压．
由R₀两端电压，U₀=U-U_灯=U-3.8V，通过R₀电流I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$，灯泡的额定功率P=U_灯I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
（9）由图丙可知，灯泡L与定值电阻串联，通过开关的组合，用电压表可测出电灯电压和电源电压，从而能计算定值电阻电压，根据欧姆定律，可计算通过定值电阻即电路中的电流，由R=$\frac{U}{I}$可计算小灯泡的电阻，因而能测小灯泡的电阻．
故答案为：（1）B； 断开；B；（2）灯泡断路；（3）滑动变阻器连入电路中的电阻太大，灯泡的实际电功率很小；（4）滑动变阻器连入电路中的电阻太大，灯泡的实际电功率很小；（5）电压表接在了滑动变阻器两端；（6）1.8； A；（7）缓慢调节滑动变阻器的滑片，同时观察电压表的示数，使其不能超过小灯泡额定电压值；（7）S₁和S₃；S₁和S₂；$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；（9）测小灯泡的电阻．

点评 本题考查了滑动变阻器的选择和串联电路特点及欧姆定律的应用、电路现象的判断、电压表的读数、滑动变阻器的使用等，关键是知道灯泡正常发光时的电压和额定电压相等且会根据灯泡的额定电压确定电压表的量程．