Question

6．同学们测量“小灯泡的电功率”．已知小灯泡的额定电流为0.3A，灯丝阻值在10一15Ω之间．所提供的器材有：电流表、电压表、电源（电压恒为6V）、开关各一个，滑动变阻器 （“5Ω 2A”、“20Ω  1A”）各一个，导线若干．
（1）请你用笔画线将图甲所示的电路连接完整．

（2）小聪按甲图连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，且电压表有示数，电流表无示数，则故障的原因可能是：灯泡断路．
（3）实验中需要一个规格合适的滑动变阻器，请你选择正确的滑动变阻器并说出选择的理由；
（4）闭合开关，移动滑片，当电流表的示数为0.3A时，电压表的示数如图乙所示，小灯泡的额定功率为1.2W．
（5）小明没用电压表，但多用了一个开关，其它器材与小聪的相同，也测出了小灯泡的额定功率．请在如图丙的方框内画出他设计的电路图并写出表达式：P_额=$\frac{1.8（I-0.3）}{I}$W．

Answer 1

分析 （1）根据P=I²R求出灯泡额定功率的最大值，然后利用P=UI求出灯泡的额定电压，从而确定电压表的量程；使灯泡、滑动变阻器串联连接，电压表并联在灯泡两端．
（2）灯泡不亮、电流表无示数，说明电路故障为断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连．
（3）求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，根据该阻值选择滑动变阻器．
（4）根据电压表量程由图乙所示电压表确定其分度值，读出电压表示数，由P=UI求出灯泡额定功率．
（5）利用开关的断开和闭合，先后测出灯泡正常工作时的电流和只有变阻器时的电流，据此设计电路，利用欧姆定律和电阻的串联求出阻值．

解答 解：（1）灯泡额定功率的最大值：P=I²R=（0.3A）²×15Ω=13.5W；
由P=UI可知，灯泡的额定电压：U=$\frac{P}{I}$=$\frac{13.5V}{0.3A}$=4.5V，因此电压表的量程选择0～15V；
使灯泡、滑动变阻器串联连接，电压表并联在灯泡两端；如下图所示：

（2）灯泡不亮、电流表无示数，说明电路故障为断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连；因此电路故障为灯泡断路；
（3）由I=$\frac{U}{R}$可知，灯泡正常发光时，电路中的总电阻：R=$\frac{{U}_{总}}{I}$=$\frac{6V}{0.3A}$=20Ω；
由于灯泡电阻的最大阻值为15Ω，所以变阻器的阻值应大于5Ω，故选择20Ω  1A的变阻器；
（4）电压表量程为0～15V，由图乙所示电压表可知其分度值为0.5V，示数为4V，则灯泡额定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（5）电路图如图所示：

设闭合开关S₁、断开S₂，移动滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.3A；
滑片位置不动，闭合开关S₁、S₂，读出电流表示数I；
则1、滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{I}$；
2、开关S₁闭合、S₂断开，滑动变阻器两端的电压U_滑=0.3A×R_滑=0.3A×$\frac{6V}{I}$=$\frac{1.8}{I}$V；
3、灯泡两端电压U_灯=U-U_滑=6V-$\frac{1.8}{I}$V；
4、灯泡额定功率P=I_灯U_灯=0.3A×（6-$\frac{1.8}{I}$）V=$\frac{1.8（I-0.3）}{I}$W．
故答案为：（2）灯泡断路；（3）由于灯泡电阻的最大阻值为15Ω，所以变阻器的阻值应大于5Ω，故选择20Ω  1A的变阻器；（4）1.2；（5）P=$\frac{1.8（I-0.3）}{I}$W．

点评 本题考查了连接电路图、实验器材的选择、电压表读数、求灯泡功率、实验电路图及实验步骤的设计等问题，最后一问设计实验电路、实验步骤难度较大，是本题的难点．