题目内容
【题目】小乐同学按如图甲所示的电路图，探究“小灯泡的亮度和实际电功率的关系”。可用器材：标有“2.5V”字样的灯泡、电压恒为4.5V的电源、滑动变阻器R1“20Ω 1A”、R2“50Ω 1A”、R3“100Ω 0.1A”、电流表（量程为0～0.6A、0～3A）、电压表（量程为0～3V、0～15V）
（1）请根据如图中的电路图用笔画线代替导线将如图的实物连接成完整电路（导线不允许交叉）。
（________）
（2）小乐按照正确步骤操作后，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表有示数，接下来小乐应该_______
(填选项前的字母)。
A．更换小灯泡 B．检查电路是否开路 C．移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光
（3）正确操作后，小乐闭合开关，移动滑片，电压表示数为2.2V，若要灯泡正常发光，则应向______（选填“A”或“B”）端移动滑片，当小灯泡正常发光时，电流表示数为0.3A，小灯泡的额定功率为_________W。
（4）小乐又陆续测量出了灯泡在不同电压下对应的电流，并填入下表。根据表中数据可知，小乐选择的滑动变阻器________是（选填“R1”、“R2”或“R3”）。若将这样两个完全相同的小灯泡串联在电压为2V的电源上，则电路的总功率为______W。
电压表的示数U/V | 电流表的示数I/A | 灯泡亮度 |
0.5 | 0.1 | 暗 |
1.0 | 0.2 | 较暗 |
1.5 | 0.26 | 较亮 |
2.5 | 0.3 | 亮 |
（5）根据实验数据和现象，小乐得出结论：小灯泡的实际功率越________（选填“大”或“小”），灯泡越亮。
（6）同组的小越还想探究“电压一定时，电流与电阻的关系”，于是将电路中的小灯泡换成阻值分别为
10Ω、8Ω、5Ω、2Ω的定值电阻，滑动变阻器选用R1“20Ω 1A”，电流表量程改接为0～3A，其余连接不变。在实验中，将定值电阻依次接入电路，调节滑动变阻器（接入阻值不为零）使定值电阻两端的电压保持U0不变，为了能够顺利得到4组I、R数据，该电压U0的取值范围是__________。
【答案】
C A 0.75 R2 0.4 大 0.5V≤U表≤1.5V
【解析】
（1）根据电路图连接实物电路，滑动变阻器与电阻串联，要接一上一下，电压表与小灯泡并联，根据小灯泡两端的额定电压，判断电压表的量程；
（2）灯泡实际功率太小，灯泡可能不发光，根据实验现象分析应进行的实验操作；
（3）灯泡两端电压由2.2V增大到2.5V，灯泡电流要增大，需要减小电路电阻，减小滑动变阻器的电阻；知道电压和电流，根据P=UI计算功率。
（4）根据串联的特点，可求滑动变阻器的阻值；两个完全相同的小灯泡串联在电压为2V的电源上，电压为1V，由图可得电流，再根据P=UI可求；
（5）根据表中数据得到灯泡的亮度与实际功率的关系；
（6）根据电流表量程，确定电路中的最大电流，由欧姆定律和串联电阻的规律求出变阻器连入电路的最小电阻；根据串联电路电压的规律和分压原理，对变阻器连入电路的最小电阻和最大电阻分类讨论，从而确定电压表允许的取值范围。
（1）由电路图知，灯泡的额定电压是2.5V，电压表选择小量程，需将电压表与小灯泡并联；滑动变阻器与小灯泡串联，滑动变阻器已接了上面一个接线柱，可再接下面左接线柱，如图所示：
（2）闭合开关，小灯泡不亮，但电流表有示数，说明电路不存在断路，灯泡不亮可能是电路电阻太大，灯泡实际功率太小造成的，应移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光，故选C；
（3）电压表测灯泡电压，要测灯泡的额定功率，应使灯泡两端电压为2.5V，应使电压表的示数由2.2V增大到2.5V，要使灯泡电压增大，需要电流增大，总电阻减小，滑动变阻器电阻减小，所以滑片向A端移动；灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）由表格数据可得，小灯泡电压最小为0.5V时，滑动变阻器接入阻值最大，此时小灯泡的电阻
，小灯泡与滑动变阻器串联，根据串联电路电流相等和欧姆定律可得：
，即
，解得R滑=40Ω，根据给出的滑动变阻器规格可知，小乐应选择滑动变阻器R2；两个完全相同的小灯泡串联在电压为2V的电源上，则每个小灯泡的电压为1V，由表格数据可得此时电路中的电流I=0.2A，则电路的总功率为：P′=U′I′=2V×0.2A=0.4W；
（5）根据实验数据和现象，小乐得出结论：小灯泡的实际功率越大，灯泡越亮。
（6）把四个电阻分别串联接入电路中，电流表量程改接为0～3A，但滑动变阻器允许通过的最大电流为1A，故电路的最小电阻为：
，电路中接入2Ω的电阻时，滑动变阻器接入电路的最小电阻为：R'=R小-2Ω=2.5Ω；设电压表示数为U表，根据串联电路电压的规律，变阻器的电压U滑=U-U表=4.5V-U表，根据分压原理：
，即
----①，因研究电流与电阻关系的实验中，要保持电压表示数不变，由①式得，方程左边为定值，当变阻器接入电路中的电阻最小为R'=2.5Ω时，对应的定值电阻最小为2Ω，代入①得，
，解得U表=0.5V，即定值电阻两端的最小电压为0.5V；
同理，当滑动变阻器接入电路的电阻为20Ω时，对应的电阻最大为10Ω，代入①式得：
，解得U表=1.5V，即定值电阻两端的最大电压为1.5V；故电压表的取值范围大小应满足0.5V≤U表≤1.5V。
