Question

11．如图1所示，王强同学观察到现在的手电筒大都由原来的一个小灯泡换成了多颗发光二极管，他通过使用发现这种手电筒非常明亮而且还非常省电，他很好奇，于是就到电子器材商店买了两颗这种发光二极管准备用实验测出它的额定功率，从包装盒上，他了解到这种发光二极管的额定电压是3V，正常发光时电阻约为80Ω左右，当他选好器材（电源是电压为6V的蓄电池，滑动变阻器上标有“20Ω、1A”字样）并将实验电路连城如图甲所示的情况后：

（1）请你用笔画线当导线，把电路连接完整．
（2）实验前，老师建议王强同学先使用电压表的大量程，王强将电路连好并检查无误后，再将滑动变阻器调到阻值最大的位置，这时，他闭合开关后发现发光二极管非常明亮且还冒烟，接着就被烧坏了，产生这种现象的原因是滑动变阻器的最大阻值太小，使发光二极管两端电压过高．
（3）当王强找到原因换上合适的器材后，按照正确的操作规则将电压表的示数调到3V，这时他观察到电流表示数如图乙所示，则这时通过发光二极管的电流是0.04A，发光二极管的额定功率是0.12W．
（4）在这个实验中，滑动变阻器所起的作用是：①保护电路；②调节发光二极管两端电压．
（5）完成上述实验后，王强还想测量一段电炉丝的电阻R_x，可是在连接电路时，发现电流表和滑动变阻器、电源都已损坏，于是王强就利用一定值电阻R和一个新的电源，重新设计并连接如图2所示的电路，电源电压位置且恒定不变，请把下列实验步骤补充完整：①只闭合开关S₁时，两电阻串联，R两端的电压为U₁；②只闭合开关S₂，读出电压表的示数U₂；
③由串联电路特点知，电阻R_x两端的电压U_x=U₂-U₁，电路中的电流I′=$\frac{{U}_{1}}{R}$；．
电阻表达式R_x=$\frac{（{U}_{2}-{U}_{1}）R}{{U}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）根据发光二极管的额定电压确定电压表的量程，且与二极管并联；根据欧姆定律求出额定电流的大约值确定电流表的量程，且与二极管串联．
（2）由电路图可知滑动变阻器接入电路最大阻值的位置，根据发光二极管被烧坏了说明电路中的电流过大．
（3）额定电压下发光二极管正常工作，根据电流表的量程和分度值读出电流表的示数，根据P=UI求出光二极管的额定功率．
（4）滑动变阻器的一个作用是保护电路，另一作用是调节滑动变阻器滑片位置，改变电路总电阻，电路电流改变，从而改变二极管两端的电压．
（5）由电路图2可知，只闭合开关S₁时，两电阻串联，电压表测R两端的电压；断开S₁、闭合S₂时，电压表测电源的电压；根据串联电路的电流特点求出Rx两端的电压，根据欧姆定律求出电路中的电流，再根据欧姆定律求出Rx的阻值．

解答 解：（1）发光二极管的额定电压为3V，所以电压表的量程为0～3V，且与发光二极管并联；发光二极管的额定电流约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{80Ω}$=0.0375A，故电流表的量程为0～0.6A，且与发光二极管串联，如下图所示：

（2）由图可知，滑动变阻器滑片位于A端时接入电路的电阻最大；
发光二极管被烧坏了说明电路中的电流过大，即滑动变阻器的最大阻值太小造成的．
（3）按照正确的操作规则将电压表的示数调到3V；
电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，所以电流表的示数为0.04A，
发光二极管的额定功率P=UI=3V×0.04A=0.12W．
（4）滑动变阻器的作用是：①保护电路；②调节发光二极管两端电压．
（5）实验步骤：①只闭合开关S₁时，两电阻串联，R两端的电压为U₁；②只闭合开关S₂，读出电压表的示数U₂；
③由串联电路特点知，电阻R_x两端的电压U_x=U₂-U₁，电路中的电流I′=$\frac{{U}_{1}}{R}$；
电阻R_x的阻值R_x=$\frac{{U}_{X}}{I}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{\frac{{U}_{1}}{R}}$=$\frac{（{U}_{2}-{U}_{1}）R}{{U}_{1}}$．
故答案为：
（1）如图所示；
（2）滑动变阻器的最大阻值太小，使发光二极管两端电压过高；
（3）0.04； 0.12；
（4）①保护电路；②调节发光二极管两端电压；
（5）①只闭合开关S₁时，两电阻串联，R两端的电压为U₁；②只闭合开关S₂，读出电压表的示数U₂；
③由串联电路特点知，电阻R_x两端的电压U_x=U₂-U₁，电路中的电流I′=$\frac{{U}_{1}}{R}$；$\frac{（{U}_{2}-{U}_{1}）R}{{U}_{1}}$．

点评 本题考查了连接实物图、滑动变阻器的作用、电流表读数、求发光二极管的功率等内容，是实验的常考内容；连接电路时要注意滑动变阻器的接法，滑动变阻器四个接线柱不能同时接上面两个接线柱，应接一上一下两个接线柱；对电表读数时应先确定电表的量程与最小分度值，然后根据指针位置读数．