题目内容
4．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（50Ω 1A）一个，导线若干．
（1）如图甲所示是小明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）闭合开关前，图甲图中的滑片P应位于右（选填“左”或“右”）端；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，原因可能是小灯泡断路（写出一种即可）．
（3）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1.2W．
（4）小红没用电压表，但多用了一个开关，其它器材与小明的相同，也测出了另一个额定电流为Ie的小灯泡额定功率．她设计了如图丙所示电路图，请你帮她完成实验步骤并写出额定功率的表达式． 实验步骤：
①按图连接电路，然后只闭合开关S1，移动滑片P，使电流表的示数为Ie．
②再闭合开关S2，保持滑片不动，读出电流表示数I．
③小灯泡的额定功率的表达式：P额=（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W．（用字母表示，可能用到的物理量有：已知的电源电压U、灯泡的额定电流Ie、滑动变阻器的最大阻值R0和实验中测得的物理量）
（5）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，若不更换其他器材，为了能够完成实验，更换的电阻阻值不能够大于25Ω．
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）闭合开关前，滑片应滑到最大值处；电流表无示数，说明电路可能断路，电压表有示数，说明电压表与电源连通了，由此判断电路故障．
（3）由图乙根据电压表量程读出灯泡正常发光时的电压，由P=UI计算额定功率．
（4）灯泡与滑动变阻器串联，用电流表测流过电路的电流，由串联电路特点及欧姆定律求出流过灯泡电流为灯泡额定电流时，灯泡两端电压，然后由P=UI求出灯泡额定功率．
（5）根据串联电路特点与欧姆定律分析答题．
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，电路图如图所示：
；
（2）为了电路安全，开关闭合前滑片应滑到最大值右端；
闭合开关，电流表无示数，说明电路是断路，小灯泡不发光，电压表有示数，说明与电压表并联的这部分电路断路了，即小灯泡断路；
（3）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，此时灯泡正常发光，所以灯泡额定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（4）实验步骤：
①按图连接电路，然后只闭合开关S1，移动滑片P，使灯泡正常发光，电流表的示数为Ie．
②再闭合开关S2，读出电流表示数I，此时灯泡短路，所以变阻器电压等于电源电压6V，根据欧姆定律计算此时变阻器连入的阻值R滑=$\frac{6V}{I}$，
由此可知当只闭合开关S1时，灯泡两端电压UL=6V-U滑=6V-0.3A×$\frac{6V}{I}$=6V-$\frac{1.8}{I}$V，
③小灯泡的额定功率的表达式：P额=UL×Ie=（6V-$\frac{1.8}{I}$V）×0.3A=（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W．
（5）电源电压为6V，电阻两端电压为2V，滑动变阻器分压为4V，是定值电阻两端电压的两倍，根据分压原理可知，滑动变阻器接入电路的阻值为定值电阻阻值的两倍，滑动变阻器最大阻值为50欧姆，因此定值电阻最大阻值为25欧姆．
故答案为：（1）见上图；（2）右；小灯泡断路；（3）4；1.2；（4）②保持滑片不动，读出电流表示数I；③（1.8-$\frac{0.54}{I}$）W；（5）25．
点评 本题考查了连接电路图、电路故障的判断、电压表读数、求灯泡功率、实验设计，串联电路特点和欧姆定律的应用等，考查知识点多，综合性强，第（4）问设计实验电路、实验步骤难度较大，是本题的难点．
全优点练单元计划系列答案
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