Question

2．某學校STS研究小組進行了調光臺燈的設計．如圖為小明同學設計的調光燈電路，如圖所示．所用器材及規格為：兩節新的干電池、一個小電燈（2.5V 1.25W）、一個開關、一個滑動變阻器（10Ω 1A）．

（1）連接電路時，開關要斷開，滑動變阻器的滑片要放在最左端．（“左”或“右”）
（2）正確操作后，小明無論如何移動滑片P，燈泡始終不亮，于是，他將電壓表分別接在電源兩端，示數為3V，燈兩端，示數為0，滑動變阻器兩端，示數為3V，如果故障只有一個，這個故障一定是滑動變阻器斷路，你認為小明的判斷正確嗎？不正確為什么？小燈泡短路或滑動變阻器斷路
（3）排除故障后，小燈泡能持續改變燈泡的亮度，當小燈泡正常發光時，電路中的電流為0.5A，小明查了一下這個小燈泡的規格，得知這個燈泡在正常工作時將電能轉化為光能的效率為10%，求小明設計的調光臺燈在L正常工作時的效率為10%
（4）小劉覺得小明設計的調光臺燈有明顯不足，他設計了如乙圖所示的電路，你覺得小劉設計的調光臺相比小明的調光臺燈好在哪里？由圖甲知，滑動變阻器與燈串聯，該電路能連續調節燈的亮度，但燈不能熄滅；由圖乙知，滑動變阻器為分壓接法，燈泡與滑動變阻器的左半部分并聯，該電路能連續調節燈的亮度，且燈能熄滅．

Answer 1

分析 （1）連接電路時，為了保護電路，開關始終應該處于斷開狀態，閉合開關前，將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處；
（2）如果電壓有示數，說明與電壓表串聯的元件是完好的；如果無示數，說明與電壓表串聯的元件有斷路，或與電壓表并聯的元件短路或電路中無電源，據此判斷故障所在；
（3）燈泡正常工作時的電壓和額定電壓相等，根據P=UI求出正常發光時通過燈絲的電流；白熾燈正常工作時電能轉化為光能的效率是光能占總能的百分比；
（4）分析甲與乙的電路結構，對電路作出判斷．

解答 解：（1）為了保護電路，連接電路時，開關始終應該處于斷開狀態；閉合開關前，將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，故將滑片放在左端；
（2）閉合開關，小明無論如何移動滑片P，燈泡始終不亮，燈泡可能短路也可能電路有斷路現象；在開關閉合狀態下，將電壓表接在電源兩端時，電壓表有示數，說明電源、電壓表是完好的；電壓表接在滑動變阻器兩端時有示數，說明滑動變阻器以外的電路是通路，將電壓表接在燈泡兩端時，電壓表無示數，說明小燈泡短路或滑動變阻器斷路，故小明的判斷不正確；
（3）由P=UI可得，正常發光時的電流：
I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{1.25W}{2.5V}$=0.5A，
白熾燈正常工作時電能轉化為光能的效率是光能占總能的百分比，電能轉化為光能的效率：η=10%；
（4）由圖甲知，滑動變阻器與燈串聯，該電路能連續調節燈的亮度，但燈不能熄滅；
由圖乙知，滑動變阻器為分壓接法，燈泡與滑動變阻器的左半部分并聯，該電路能連續調節燈的亮度，且燈能熄滅．
故答案為：（1）斷開；左；（2）不正確；小燈泡短路或滑動變阻器斷路；（3）0.5；10%；（4）由圖甲知，滑動變阻器與燈串聯，該電路能連續調節燈的亮度，但燈不能熄滅；由圖乙知，滑動變阻器為分壓接法，燈泡與滑動變阻器的左半部分并聯，該電路能連續調節燈的亮度，且燈能熄滅．

點評 分析清楚電路結構、熟練應用功率公式是正確解題的關鍵，常見題目．