Question

5．甲、乙两组同学想研究“灯泡亮度改变时电功率的变化情况”．实验室提供的器材如下：两个实验室用小灯泡（一个字迹模糊，一个标有“1.5V”）、两种规格（“0～15Ω”和“0～25Ω”）的滑动变阻器各一个、电源（电压相等且保持不变）、电流表和电压表、开关、导线若干．

（1）电路连接后，闭合开关发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数；接下来进行的操作正确的是C
A．检查滑动变阻器是否断路 B．检查小灯泡是否断路
C．移动滑动变阻器的滑片 D．检查开关是否接触良好
（2）在两组同学移动滑片的过程中，电表示数和灯的亮度都发生变化，当滑动变阻器的滑片都移到中点时，电压表示数均为1.5V，电流表示数也相同（如图1所示），此时甲组的小灯泡比乙组的小灯泡暗．
①电流表的读数为0.2A．
②甲（选填“甲”或“乙”）组选用的小灯泡标有“1.5V”字样．
（3）请在图2中将乙组同学设计的电路图补充完整；乙组同学所选用的滑动变阻器规格为0～15Ω．
（4）两组同学所使用的电源电压是4V．

Answer 1

分析 （1）闭合开关后，发现小灯泡不亮，但电表有示数，说明电路是通路，可能是连入电阻太大，电路中电流太小所致，分析电阻过大的原因，然后进行下一步操作；
（2）①根据电流表的量程、分度值以及指针的位置读出电流表的示数；
②（3）先根据欧姆定律的变形公式U=IR分别求出滑动变阻器的滑片位于中点时滑动变阻器两端电压，从而确定甲乙选择滑动变阻器的规格；同时确定标有1.5V的灯泡；
（4）根据串联电路电压的特点即可求出电源电压．

解答 解：（1）闭合开关前，滑片置于阻值最大处，闭合开关后，电流表有示数，说明电路是通路，电路不存在断路，滑动变阻器阻值全部接入电路，电路总电阻很大，电路电流很小，灯泡实际功率很小，可能不足以引起灯泡发光，下一步操作：移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光；故选C；
（2）①根据图a可知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.2A；
②（3）根据题意“电流表示数也相同，此时甲组的灯泡比乙组的暗”可知，乙组灯泡的实际功率较大，乙组灯泡的实际电压较大，根据串联分压的知识可知，乙组滑动变阻器分得电压较小，则乙组的滑动变阻器接入电路的阻值较小，且滑片均在中点，说明乙组同学所选用的滑动变阻器最大阻值较小，其最大阻值为15欧；所以乙组同学所选用的滑动变阻器规格为0～15Ω，甲组所选用的滑动变阻器规格为0～25Ω．
当滑片在中点时，甲组滑动变阻器两端电压为：U₁=I×$\frac{1}{2}$R₁=0.2A×$\frac{1}{2}$×25Ω=2.5V；
乙组滑动变阻器两端电压为：U₂=I×$\frac{1}{2}$R₂=0.2A×$\frac{1}{2}$×15Ω=1.5V；
由于电压表示数均为1.5V，故甲组同学是把电压表并联在小灯泡的两端，乙组同学是把电压表并联在滑动变阻器的两端，即标有1.5V的灯是甲．
乙组同学设计的电路图如下图所示：

（4）因为串联电路两端电压等于各部分电压之和，并且电源电压不变，
根据甲组同学的数据可知，因此电源电压：U=U_L+U₁=1.5V+2.5V=4V；
故答案为：（1）C；（2）①0.2； ②甲； （3）见上图；0～15Ω；（4）4．

点评 本题考查了补全电路图、求电源电压，本题难度较大，是一道难题，只有认真分析题意、应用串联电路规律、电功率公式才可以正确解题．