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2.按圖示的電路圖做“測量小電燈的功率”的實驗.所用器材有:標有“3.8V”字樣的待測小電燈、電壓恒為6V的電源、標有“20Ω 1A”的滑動變阻器、電流表(量程為0~0.6A、0~3A)、電壓表(量程為0~3V、0~15V).

(1)請你根據圖甲的電路圖,將圖乙中的實物圖連接成完整的實驗電路.
(2)某學生在實驗時,把電流表與電壓表的位置交換連接了,閉合開關后會造成D(填選項前的字母)
A.電流表燒壞 B.電壓表燒壞 C.小電燈燒壞 D.小電燈不亮
(3)另一學生按圖連接電路后,閉合開關,將滑動變阻器的滑片移到最左端時,燈不亮,電壓表有較大的示數.經檢查,導線連接完好,則電路故障是:燈泡斷路.排除該故障換用新元件后,閉合開關時,觀察到燈閃亮一下后立即熄滅,該學生在操作過程中的不當之處是:閉合開關前滑動變阻器滑片沒有移到最大阻值處;.
(4)小明同學按電路圖正確連接電路后,閉合開關,從大到小調節滑動變阻器的阻值,并將正確操作下的電壓表和電流表的示數填入下表.
電壓表的示數U/V電流表的示數I/A小電燈的功率P/W
2.00.20
2.50.22
3.00.25
3.80.30
4.50.32
①通過上表數據,可算得小電燈的額定功率為1.14W
②當小電燈正常工作時,連入電路的滑動變阻器的阻值為7.3Ω.(結果保留一位小數)
③將兩個這樣相同規格的小電燈串聯后直接接在6V電源兩端,兩燈消耗的總功率為1.5W.
(5)為了探究電流和電阻的關系,霄霄同學找到幾個定值電阻,阻值分別是10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω,且保持電壓表的示數為3.8V不變.當用40Ω的電阻進行實驗時,發現電壓表的示數始終不能調到3.8V,聰明的霄霄想到了解決辦法,若要順利完成研究電流和電阻關系的實驗她可以怎么辦?換用最大阻值至少為23.2Ω的變阻器.

分析 (1)根據燈的額定電壓確定電壓表量程與燈并聯;
(2)分析電路的連接,根據電壓表內阻很大分析;
(3)燈不亮,說明電路可能斷路;電壓表有較大示數,說明電壓表與電源連通,則與電壓表并聯的支路以外的電路是完好的,則與電壓表并聯的燈泡斷路了; 
開關閉合后,燈閃亮一下后立即熄滅,說明電路電流太大,電路電阻太小造成的,原因可能是閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處;
(4)①燈在額定電壓下的功率為額定功率,根據P=UI求出燈泡的額定功率;
②根據串聯電路的規律和歐姆定律求變阻器中連的入電阻;
③根據分壓原理確定兩燈的實際電壓,由表中數據得到電路中的電流,根據P=UI求電路的總功率;
(5)根據串聯電路電壓的規律求出變阻器的電壓,由分壓原理確定變阻器連入電路中的阻值至少為多大.

解答 解:(1)燈的額定電壓為3.8V,電壓表選用大量程與燈并聯,如下圖所示:

(2)連接電路時把電流表與電壓表的位置交換連接后,電壓表串聯在電路中相當于斷路,所以電路中幾乎沒有電流,因此電表和用電器都不會被燒壞,但燈泡不發光,故選D;
(3)閉合開關,將滑動變阻器的滑片移到最左端時,燈不亮,電壓表有較大的示數.經檢查,導線連接完好,則電路故障是:燈泡斷路;
閉合開關時,觀察到燈閃亮一下后立即熄滅,說明電路為通路,電流過大,將燈燒壞了,根據歐姆定律,該學生在操作過程中的不當之處是:閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處;
(4)根據表中數據:
①燈在額定電壓的功率為額定功率,由表中數據可知,燈在額定電壓3.8V時的電流為0.3A,故燈的額定功率:
PL=ULIL=3.8V×0.3A=1.14W,
②當燈正常發光時,變阻器分得的電壓為U=6V-3.8V=2.2V,
由串聯電路電流的規律,通過變阻器的電流:I=0.3A:
由歐姆定律,變阻器連入電路中的電阻:
R=$\frac{{U}_{變}}{{I}_{變}}=\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω;
③將兩個這樣相同規格的小電燈串聯后直接接在6V電源兩端,因燈的電阻相等,由分壓原理,每燈的實際的電壓為:U=$\frac{1}{2}$×6V=3V,
由表中數據可知,此時電路中的電流為:I=0.25A,
兩燈的總功率:P=UI=6V×0.25A=1.5W;
(5)探究電流和電阻的關系要控制電壓表為3.8V不變,根據串聯電路電壓的規律,變阻器分得的電壓:
U=U-U=6V-2.2V,
變阻器的電壓是電壓表示數的$\frac{2.2V}{3.8V}$倍,當用40Ω的電阻進行實驗時,根據分壓原理,變阻器連入電路中的電阻為:R=$\frac{2.2}{3.8}$×40Ω≈23.2Ω>20Ω,
即原來變阻器的最大阻值太小導致電壓表的示數始終不能調到3.8V,若要順利完成研究電流和電阻關系的實驗,她可以換用最大阻值至少23.2Ω的變阻器.
故答案為:(1)如上圖所示;(2)D;(3)燈泡斷路;滑動變阻器滑片沒有移到阻值最大處;(4)①1.14;②7.3;③1.5;(5)換用最大阻值至少為23.2Ω的變阻器.

點評 本題測量小電燈的功率,考查電路的連接、反常現象的判斷、故障的分析、功率和電阻的計算及對器材的要求,綜合性較強,均為電學中的重要內容,要掌握.

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材料F/NS/mm2
H/(N/mm2
a10000100100
b1000020050
b2000040050
a15000150100
c750025300
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