Question

7．小亮同學做測定“小燈泡額定功率”實驗時，所用器材有電壓為6V的電源，額定電壓為2.5V的小燈泡（小燈泡的額定功率小于1W）、滑動變阻器（50Ω1A）、以及符合實驗要求的電表、開關和導線．如圖（甲）是小亮同學沒有連接完整的電路．

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖（甲）所示的電路連接完整．
（2）小亮同學連好電路后閉合開關，移動滑動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，則故障可能是燈泡斷路（或小燈泡燈座斷路）（寫出一種即可）．
（3）小亮同學移動滑動變阻器滑片P到某處時，電壓表的示數(shù)為2.2V，要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向B端移動（選填“A”或“B“）．當小燈泡正常發(fā)光時，電流表示數(shù)如圖（乙）所示，則小燈泡的額定功率是0.5W．
（4）小亮利用該電路探究電流跟電阻的關系，他將小燈泡換成多個定值電阻R，保持電壓表示數(shù)始終為如圖（丙）所示，多次更換阻值不同的定值電阻R，并記錄各次電流表的示數(shù)，若不更換其他器材，為了能夠完成實驗，更換的電阻阻值不能夠大于25Ω．
（5）若小亮在（4）實驗中用到的電阻阻值分別為5Ω，10Ω，15Ω，20Ω，25Ω，并控制定值電阻兩端電壓為2.5V，使用滑動變阻器的銘牌為“10Ω 1A”，那么小亮選擇的電源電壓只能在2.5V-3.5V范圍內(nèi)．

Answer 1

分析 （1）求出燈工作時的電流大小確定電流表量程，將電流表串聯(lián)接入電路中；
（2）根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因．
（3）比較電壓表示數(shù)與燈泡額定電壓的大小關系，根據(jù)分壓原理確定滑片的移動方向；由圖示電流表讀出其示數(shù)，由P=UI求出功率；
（4）根據(jù)圖丙電壓表小量程讀出電壓表的示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路特點與分壓原理求出定值電阻與變阻器最大值的關系，從而求出定值電阻的最大值；
（5）先求出電路中的最大電流和最小電流，根據(jù)電路的最小總電阻和最大總電阻，分別根據(jù)歐姆定律求出電源電壓的最小值和最大值．

解答 解：（1）額定電壓為2.5V的小燈泡，小燈泡的額定功率小于1W，燈泡額定電流小于I=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，電流表選0～0.6A，把電流表串聯(lián)接入電路，如下圖所示：

（2）連好電路后閉合開關，移動滑動變阻器滑片P，小燈泡始終不亮，可能是燈泡發(fā)生短路或電路存在斷路；電流表無示數(shù)，說明電路存在斷路，電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外電路不存在斷路，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路或小燈泡燈座斷路；
（3）電壓表的示數(shù)為2.2V，小于燈泡額定電壓，要測量小燈泡的額定功率，增大燈的電壓減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以應將滑片P向B端移動，直到電壓表示數(shù)為2.5V；
由圖乙所示電流表可知，其量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.2A，小燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）由圖丙所示電壓表可知，其量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2V，實驗時電阻兩端電壓為2V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點，滑動變阻器兩端為6V-2V=4V，定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，滑動變阻器分得的電壓是定值電阻電壓的2倍，根據(jù)分壓原理，滑動變阻器阻值是定值電阻阻值的2倍，滑動變阻器最大阻值為50Ω，定值電阻阻值不能大于25Ω；
（5）小亮在（4）實驗中用到的電阻阻值分別為5Ω，10Ω，15Ω，20Ω，25Ω，并控制定值電阻兩端電壓為2.5V，根據(jù)歐姆定律，電路中的小電流即通過定值電阻的電流I_小=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{5}}=\frac{2.5V}{25Ω}$=0.1A，電路中的最大電流為
I_大=$\frac{{U}_{定}}{{R}_{1}}=\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A，設電源電壓為U_總，I_大=$\frac{{U}_{總}}{{R}_{最小}}$，當變阻器連入電路中的阻值為0時，電路中的最小阻值為5Ω，電源電壓的最小值U_總=I_大R_最小=0.5A×5Ω=2.5V；I_小=$\frac{{U}_{總}}{{R}_{最大}}$，而定值電阻值與變阻器串聯(lián)的最大值為25Ω+10Ω=35Ω，所以，小亮選擇的電源電壓的最大值為U_總=I_小R_最大=0.1A（25Ω+10Ω）=3.5V；即電源電壓只能在2.5V-3.5V范圍內(nèi)．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）燈泡斷路（或小燈泡燈座斷路）；
（3）B；0.5；
（4）25；
（5）2.5V-3.5V．

點評 本題涉及測燈的電功率和探究電流跟電阻的關系，考查電路的連接、故障的分析、操作的過程、控制變量法及在探究電流跟電阻的關系實驗中對實驗器材的選擇和要求，綜合性強，難度大．