题目内容
12．
按图一所示的电路图做“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）请你用笔画线代替导线，按电路图将图二实物电路连接完整；
（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：灯泡断路．排除该故障换用新元件后，闭合开关时，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：开关闭合前没有将滑片滑到阻值最大值处．
（3）故障排除后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某一点，电压表的示数如图三，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向左端滑动（选填“左”或“右”）．
（4）小明同学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 |
| 2.0 | 0.20 | |
| 2.5 | 0.22 | |
| 3.0 | 0.25 | |
| 3.8 | 0.30 | |
| 4.4 | 0.32 |
②当小电灯正常工作时，滑动变阻器的阻值为7.3Ω．
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，两灯消耗的总功率为1.5W．
（5）若电压表的0～15V量程已损坏，只能使用0～3V量程，其它器材不变，如何测出小电灯的额定功率？
①在图四虚线框中画出测量电路图；
②若小电灯两端最大可加4.4V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5Ω～12Ω．
（6）生活中我们常常看到用久的电灯泡会发黑，亮度也较低，请你应用所学知识解释其中原因．
分析 （1）根据电路连接实物图，根据灯泡规格选择电表量程；
（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）当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡的实际功率等于额定功率；先根据电压表的量程、分度值以及指针的位置读出电压表的示数，然后根据串联电路分压的特点确定滑动变阻器移动的方向；
（4）①当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡的实际功率等于灯泡的额定功率，根据P=UI求灯的额定功率；
②灯泡正常发光时，先计算滑动变阻器电压，再根据欧姆定律即可求出滑动变阻器连入电路的阻值；
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，则每个灯泡两端的电压为3V，由表格数据找出灯泡两端的电压为3V时的电流，即可根据P=UI求出总功率；
（5）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；可以用电压表测滑动变阻器电压，以便间接测量灯泡电压，据此设计电路图；
②由串联电路特点和欧姆定律，结合电压表以及灯泡最大电压计算变阻器的取值范围；
（6）物质由固体直接变为气态，叫升华；物质由气态直接变为固态叫凝华；导体的电阻大小与导体的材料、长度、横截面积有关．
解答 解：
（1）由电路图知，灯泡、电流表和滑动变阻器串联，电压表测灯泡两端电压，灯泡的额定电压3.8V，所以电压表应使用0-15V量程，由表中数据知灯泡电流小于0.6A，所以电流表使用0-0.6A量程，实物连接如图所示：
；
（2）由电路图知，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，灯不亮，电压表有较大的示数，说明电压表与电源间是通路，所以故障可能灯断路；
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滑到最大阻值处；
（3）电压表为0～15V，分度值为0.5V，由图三可知电压表示数为2.5V，小于灯泡的额定电压，故需减小滑动变阻器分得的电压，即减小滑动变阻器接入电路的电阻，故将滑片向左移动；
（4）①当灯泡两端电压为3.8V时，通过上表数据可知，此时电流I=0.30A，
则灯泡的额定功率：P额=U额I额=3.8V×0.3A=1.14W；
②由串联电路特点可知，灯泡正常发光时滑动变阻器两端电压为：U2=U-U额=6V-3.8V=2.2V，
根据欧姆定律可得此时变阻器连入电路的阻值：R2=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后直接接在6V电源的两端，则根据串联电路的电压特点可知，两灯泡两端的电压均为3V，由表中数据可知，当灯泡两端的电压为3V时，电流I′为0.25A，则两灯消耗的总功率：
P总=UI′=6V×0.25A=1.5W；
（5）①电源、开关、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，当电压表示数为6V-3.8V=2.2V时灯泡正常发光，读出此时电流表示数即可计算灯光怕额定功率．如图所示：
；
②当电压表示数为3V时，变阻器接入阻值最大，此时灯泡电压也为3V，由表中数据知此时灯泡的电流为0.25A，所以变阻器连入阻值：R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I′}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω；
当小电灯两端电压最大4.4V时，由表中数据知此时灯泡电流为0.32A，所以变阻器连入阻值：R滑′=$\frac{U-{U}_{L}}{I″}$=$\frac{6V-4.4V}{0.32A}$=5Ω；
所以动变阻器接入电路的阻值范围应为5Ω～12Ω；
（6）灯丝中的钨丝由于温度高，会发生升华现象，变为钨蒸气；当钨蒸气碰到温度相对较低的灯泡壁时，会直接凝华为固态的钨，附着在灯泡内壁上，使内壁发黑；
当灯丝变细后，横截面积变小；则电阻变大；由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，灯的电功率会变小，所以亮度会变暗．
故答案为：（1）见上图；
（2）灯泡断路；开关闭合前没有将滑片滑到阻值最大值处；
（3）左；
（4）①1.14；②7.3； ③1.5；
（5）①见上图；②5；12；
（6）灯丝中的钨丝由于温度高，先发生升华现象，后又凝华为固态的钨附着在灯内壁上，当灯丝变细后，电阻变大，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，灯的电功率会变小，所以亮度会变暗．
点评 本题考查了实物连接、故障分析、串联电路特点、计算功率、电阻的计算及影响因素等问题，考查知识点多，综合性强．
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