Question

7．小亮同学做测定“小灯泡额定功率”实验时，所用器材有电压为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡（小灯泡的额定功率小于1W）、滑动变阻器（50Ω1A）、以及符合实验要求的电表、开关和导线．如图（甲）是小亮同学没有连接完整的电路．

（1）请你用笔画线代替导线，将图（甲）所示的电路连接完整．
（2）小亮同学连好电路后闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，则故障可能是灯泡断路（或小灯泡灯座断路）（写出一种即可）．
（3）小亮同学移动滑动变阻器滑片P到某处时，电压表的示数为2.2V，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向B端移动（选填“A”或“B“）．当小灯泡正常发光时，电流表示数如图（乙）所示，则小灯泡的额定功率是0.5W．
（4）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如图（丙）所示，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．
（5）若小亮在（4）实验中用到的电阻阻值分别为5Ω，10Ω，15Ω，20Ω，25Ω，并控制定值电阻两端电压为2.5V，使用滑动变阻器的铭牌为“10Ω 1A”，那么小亮选择的电源电压只能在2.5V-3.5V范围内．

Answer 1

分析 （1）求出灯工作时的电流大小确定电流表量程，将电流表串联接入电路中；
（2）根据电路故障现象分析电路故障原因．
（3）比较电压表示数与灯泡额定电压的大小关系，根据分压原理确定滑片的移动方向；由图示电流表读出其示数，由P=UI求出功率；
（4）根据图丙电压表小量程读出电压表的示数，根据串联电路特点与分压原理求出定值电阻与变阻器最大值的关系，从而求出定值电阻的最大值；
（5）先求出电路中的最大电流和最小电流，根据电路的最小总电阻和最大总电阻，分别根据欧姆定律求出电源电压的最小值和最大值．

解答 解：（1）额定电压为2.5V的小灯泡，小灯泡的额定功率小于1W，灯泡额定电流小于I=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，电流表选0～0.6A，把电流表串联接入电路，如下图所示：

（2）连好电路后闭合开关，移动滑动变阻器滑片P，小灯泡始终不亮，可能是灯泡发生短路或电路存在断路；电流表无示数，说明电路存在断路，电压表有示数，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，则与电压表并联的灯泡断路或小灯泡灯座断路；
（3）电压表的示数为2.2V，小于灯泡额定电压，要测量小灯泡的额定功率，增大灯的电压减小变阻器的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，所以应将滑片P向B端移动，直到电压表示数为2.5V；
由图乙所示电流表可知，其量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.2A，小灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）由图丙所示电压表可知，其量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2V，实验时电阻两端电压为2V，根据串联电路电压的特点，滑动变阻器两端为6V-2V=4V，定值电阻与滑动变阻器串联，滑动变阻器分得的电压是定值电阻电压的2倍，根据分压原理，滑动变阻器阻值是定值电阻阻值的2倍，滑动变阻器最大阻值为50Ω，定值电阻阻值不能大于25Ω；
（5）小亮在（4）实验中用到的电阻阻值分别为5Ω，10Ω，15Ω，20Ω，25Ω，并控制定值电阻两端电压为2.5V，根据欧姆定律，电路中的小电流即通过定值电阻的电流I_小=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{5}}=\frac{2.5V}{25Ω}$=0.1A，电路中的最大电流为
I_大=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{1}}=\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A，设电源电压为U_总，I_大=$\frac{{U}_{总}}{{R}_{最小}}$，当变阻器连入电路中的阻值为0时，电路中的最小阻值为5Ω，电源电压的最小值U_总=I_大R_最小=0.5A×5Ω=2.5V；I_小=$\frac{{U}_{总}}{{R}_{最大}}$，而定值电阻值与变阻器串联的最大值为25Ω+10Ω=35Ω，所以，小亮选择的电源电压的最大值为U_总=I_小R_最大=0.1A（25Ω+10Ω）=3.5V；即电源电压只能在2.5V-3.5V范围内．
故答案为：（1）如上图所示；
（2）灯泡断路（或小灯泡灯座断路）；
（3）B；0.5；
（4）25；
（5）2.5V-3.5V．

点评 本题涉及测灯的电功率和探究电流跟电阻的关系，考查电路的连接、故障的分析、操作的过程、控制变量法及在探究电流跟电阻的关系实验中对实验器材的选择和要求，综合性强，难度大．