题目内容

6．按图示的电路图做“测量小电灯的功率”的实验．所用器材有：标有“3.8V”字样的待测小电灯、电压恒为6V的电源、标有“20Ω 1A”的滑动变阻器、电流表（量程为0～0.6A、0～3A）、电压表（量程为0～3V、0～15V）、开关及导线若干．
（1）某学生在实验时，把电流表与电压表的位置交换连接了，闭合开关后会造成D．（填选项前的字母）
A．电流表烧坏     B．电压表烧坏C．小电灯烧坏   D．小电灯不亮
（2）另一学生按图连接电路后，闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，灯不亮，电压表有较大的示数．经检查，导线连接完好，则电路故障是小电灯断路排除该故障换用新元件后，闭合开关时，观察到灯闪一下后立即熄灭，该学生在操作过程中的不当之处闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处．
（3）小明同学按电路图正确连接电路后，闭合开关，从大到小调节滑动变阻器的阻值，并将正确操作下的电压表和电流表的示数填入下表．
电压表的示数U/V电流表的示数I/A小电灯的功率P/W
2.00.20
2.50.22
3.00.25
3.80.30
4.50.32
①小电灯正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值为7.3Ω．它的额定电功率为1.14W
②将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6 V 电源的两端，两灯消耗的总功率为1.5W．
（4）若电压表的0～15V 量程已损坏，只能使用0～3V量程，其他器材不变，如何测出小电灯的额定功率？
①在虚线框中画出测量电路图．
②若小电灯两端最大可加4.5V电压，为保证实验时你所设计的测量电路中各元件的安全，参照小明的实验数据，估算滑动变阻器接入电路的阻值范围应为4.7Ω～12Ω．
（5）不用电压表，可增加其他元件，重新设计一个合理的方案测量小灯泡的额定电功率，只画电路图．

分析 （1）电压表的电阻很大，故把电流表与电压表的位置交换连接后，电路中的电流很小；
（2）根据电路图可知，闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，电路为灯泡的基本电路，根据灯泡的是否发光和电压表的示数确定电路故障；
开关闭合后，灯闪亮一下后立即熄灭，说明电路电流太大，电路电阻太小造成的，原因可能是闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（3）①当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡正常发光，根据串联电路电压的特点求出变阻器的电压，根据欧姆定律求变阻器连入电路中的电阻大小；根据P=UI求出灯泡的额定功率；
②根据分压原理，得每个灯的实际电压，由表中数据，根据P实=UI实消耗的总功率；
（4）①0～15V量程已损坏，而灯泡额定电压为3.8V，超过电压表的另一量程0～3V；电源电压是6V，灯泡正常发光时，与灯泡串联的滑动变阻器电压为6V-3.8V=2.2V，小于电压表量程0～3V，因此可以用电压表测滑动变阻器电压，以便间接测量灯泡电压，据此连接实物电路；
②滑动变阻器两端的电压允许的范围为1.5V～3V，滑动变阻器的电流与灯泡对应电压时的电流相同，故可求出滑动变阻器的阻值范围；
（5）若缺少电压表，则电流表和定值电阻应起到电压表的作用，所以定值电阻和电流表串联后应和灯并联，通过移动滑片，当通过R的电流为IR=$\frac{2.5V}{R}$，灯正常工作；在滑片位置不动的情况下，通过开关的转换，再使电流表测出通过灯（正常工作）和定值电阻并联的总电流I，因通过定值电阻的电流大小不变，根据并联电路电流的特点，可求出灯正常工作时的电流，根据P=UI可求灯的额定功率；

解答 解：（1）把电流表与电压表的位置交换连接后，电压表串联在电路中，电路中电阻较大，电流较小，故灯泡不亮，选D；
（2）闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端时，电路为灯泡的基本电路，灯不亮，电压表有较大的示数，说明电路故障为断路，并且电压表与电源两极相连，故小电灯断路；
开关时，观察到灯闪亮一下后立即熄灭，该学生在操作过程中的不当之处是：闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（3）①因为灯泡的额定电压为3.8V，灯正常发光时，变阻器分得的电压为U变=6V-3.8V=2.2V，由表数据知，灯正常发光时的电流为0.3A，所以灯的电阻大小R=$\frac{{U}_{变}}{I}=\frac{2.2V}{0.3A}$=7.3Ω，则小电灯的额定功率
P=UI=3.8V×0.30A=1.14W；
②因两个相同的灯，所以灯的电阻相同，根据分压原理，将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6 V 电源的两端，每个灯的电压为3V，由表中数据知，对应的电流大小为0.25A，所以两灯消耗的总功率
P实=UI实=6V×0.25A=1.5W；
（4）将电源、滑动变阻器、灯泡、电流表组成串联电路，电压表并联在滑动变阻器两端，电路图如下图所示：

②由表中数据可知，当灯泡两端电压为最大允许的4.5V时，变阻通过灯的电流为0.32A，因通过滑动变阻器的电流与灯泡电流相同也为0.32A，滑动变阻器分得的电压U′=6V-4.5V=1.5V，此时滑动变阻器的电阻
R滑′=$\frac{{U}^{′}}{{I}^{′}}=\frac{1.5V}{0.32A}$=4.7Ω；
当滑动变阻器两端电压达到电压表量程最大值3V时，灯泡两端电压也为3V，此时经过滑动变阻器的电流与灯泡电流同为0.25A，此时滑动变阻器的电阻：R滑″=$\frac{{U}^{″}}{{I}^{″}}=\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
故滑动变阻器接入电路的电阻范围：4.7Ω～12Ω；
（5）在前面的分析基础上，设计的电路图如下图所示（增加两个开关、一个定值电阻R）：

步骤：只闭合S2、S1，移动滑片使电流表示数为IR=$\frac{2.5V}{R}$，则与R并联的灯的电压为2.5V，灯正常发光；保持滑片的位置不动，闭合S3，断开S2，此时电流表的示数I即为通过灯和定值电阻的总电流，因电路的连接关系没有改变，各用电器两端的电压不变，通过用电器的电流没有改变，所以灯正常工件时的电流大小IL=I-$\frac{2.5V}{R}$，根据PL=ULI可求灯的额定电功率．（其它设计只要合理即可）
故答案为：（1）D；
（2）小电灯断路，开关闭合前没有将滑片放在阻值最大值处；
（3）7.3；1.14；1.5；
（4）①如上图一所示； ②4.7；12；
（5）如上图二所示．

点评 本题测量小电灯的功率，涉及知识点多，综合性强，除考查基本知识外，主要考查学生设计实验方案的能力，难度较大，对能力要求高．

练习册系列答案
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11．如图所示，下列情景中与大气压有关的是（　　）
A．
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马德堡半球实验
12．双手挤压空矿泉水瓶，瓶子的外形发生变化，表明力能改变物体的形状；用力越大，瓶子形变的程度就越大，说明力的作用效果跟力的大小有关；瓶子形变的同时，观察到接触瓶子的手指肌肉发生凹陷，表明物体间力的作用是相互的．
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1．探究伏安法测量小灯泡的电功率
装置表格
次数U/VI/AR/P/W
11.00.185.60.18
22.00.24
33.00.2611.50.78
请将实物电路图连接完整并画出电路图
读图图象请在图表盘中填画好测量第2次电流时所选电流表的接线柱和指针位置
问题讨论小灯泡在上述3次实验中亮度不同，可知：小灯泡的亮度决定于它的
实际功率．同时影响小灯泡的电阻，且
温度越高，电阻越
大
11．小明测量植物油密度时，按如图所示顺序进行了操作：
①用天平测出空烧杯的质量m1；
②向烧杯中倒入适量植物油，测出烧杯与植物油的总质量m2；
③将烧杯中植物油倒入量筒中，测出植物油的体积V；
④计算出植物油的密度ρ．
（1）下表是小明根据上述实验操作，设计的记录数据表格．请根据图将表格中的数据填写完整．
 物理量空烧杯的质量
m1/g		烧杯与植物油的总质量m2/g植物油的体积
V/cm3		植物油的密度
ρ/kg．m-3
测量值
（2）小明按上述实验操作得到的密度值比真实值偏大偏大（选“偏大”、“偏小”或“不变”），理由因为量筒内残留有植物油，使测量出来的体积偏小，密度偏大．
（3）小阳把小明的实验步骤的顺序进行了合理的调整，使实验误差得到了减小，你认为合理的测量植物油密度的步骤顺序是②③①④（用小明的实验序号排列）．
18．用伏安法测小灯泡的电功率，已知灯的额定电压为2.5V．

（1）在图1中，已完成了一部分的电路连接，请你继续完成实验电路的连接．
（2）电路接通后，无论怎样调节滑动变阻器的滑片，小灯泡均不发光，电压表的示数为3V，电流表的示数几乎为零．请说出一种导致这种现象的可能原因：小灯泡断路（或灯座断路）．
（3）在闭合开关之前，图中滑动变阻器的滑片应放在A 端．（选填A或B）
（4）测电功率的原理是P=UI．
（5）如果在调节滑动变阻器的时候，电压表的示数如图2所示，为了测定灯的额定功率，应将滑片向B调节．（A或B）
（6）调节滑片P，使灯正常发光时，电流表的示数如图3所示，则灯泡的额定功率为0.5W．
15．在探究“液体的压强与哪些因素有关”的实验中，某同学用压强计做了如图所示的（a）、（b）、（c）三次实验．
（1）实验时通过U型管两边液柱的高度差来分析液体内部压强的大小．
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（3）某同学根据（b）、（c）两次实验得出的结论：液体压强的大小与液体密度有关．你认为这种实验方案不正确（选填“正确”或“不正确”），理由是没有控制金属盒所处深度相同．
16．将一本初二物理书平放在水平课桌中央，则书对课桌的压强约为（　　）
A．5PaB．50PaC．500PaD．5000Pa

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