Question

10．按图1示的电路图是“测量小灯泡的电功率”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右端时，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：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
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通过上表数据，可算得小电灯的额定功率为1.14W，还可得出关于灯丝电阻的结论是：灯丝电阻随温度的升高而增大．
②当小电灯正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值约为7.3Ω．（保留一位小数）
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．
（4）爱探究的小强用电流表A₁、A₂和一个5Ω的定值电阻测量一只额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率，连接了如图2所示的电路，同样测出了小灯泡的额定功率．具体操作是：闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电流表A₂的示数为0.5A，小灯泡正常发光．此时电流表A₁的示数如图3所示，则小灯泡的额定功率为1W．

Answer 1

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由表格数据读出灯泡正常发光时的电流，由P=UI计算其额定功率；灯丝电阻随温度的升高而增大
②由串联电路特点和欧姆定律计算小灯泡正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值；
③两个相同的这种灯泡串联在6V电源上，可知两灯的实际电压，由此根据表格数据计算实际功率，从而得到总功率；
（4）电流表A₂与定值电阻串联，相当于电压表，使并联电路电压等于灯泡额定电压2.5V时灯泡可以正常发光，由欧姆定律可以求出电流表A₂的示数；确定电流表A₁的量程与最小分度值，读出电流表A₁的示数，然后由并联电路的特点求出流过待测电阻的电流，然后由欧姆定律求出灯泡的功率．

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，电路中电阻很大，电流很小（几乎为零），故灯泡不亮，不会烧坏电表和灯泡，选D；
（2）闭合开关，将滑动变阻器的滑片移到最右端时，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，说明电路电流太大，电路电阻太小造成的，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由表中数据可知，灯泡电压3.8V正常发光，此时通过的电流为0.30A，
所以灯泡的额定功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中数据及R=$\frac{U}{I}$可知，随小电灯电压的增大，通过的电流也增大，但电压变化大于电流变化，所以小电灯电阻变大，这是因为：随电压增大、电流随之增大，小电灯的实际功率P=UI也增大，灯的温度升高；由此可见：灯丝电阻随温度的升高而增大；
②由串联电路特点和欧姆定律计算小灯泡正常工作时，连入电路的滑动变阻器的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{额}}{I}$=$\frac{6V-3.8V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③将两个这样的相同规格的小电灯串联后接在6V电源的两端，所以两灯电压各为3V，由表格数据此时灯泡电流为0.25A，
电路的总功率：P_总=UI=6V×0.25A=1.5W；
（4）由电路图知，定值电阻与灯泡并联，电流表A₂测通过定值电阻的电流，A₁测干路电流；
定值电阻与灯泡两端的电压相等，当灯泡电压等于额定电压U_L=2.5V时，灯泡正常发光，
此时电流表A₂的示数I₂=$\frac{{U}_{L}}{R}$=$\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A；
由图2知，电流表A₁的量程是0～3A，
由图3知电流表的分度值是0.1A，电流表读数I₁=0.9A，
所以，灯泡正常发光时的电流I_L=I₁-I₂=0.9A-0.5A=0.4A，
灯泡的额定功率P_额=U_LI_L=2.5V×0.4A=1W；
故答案为：（1）D；
（2）小灯泡断路；闭合开关前滑动变阻器滑片没有放到最大阻值处；
（3）①1.14；灯丝电阻随温度的升高而增大；②7.3；③1.5；
（4）0.5；1．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律以及电功率公式的应用、故障分析、求功率、求电阻阻值、数据处理、电路图的设计等问题，需要注意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，灯泡两端的电压为3V，电流需要从数据中判断．