Question

15．在測量小燈泡的電功率的實驗中，小燈泡的額定電流為0.3A，燈絲阻值在10Ω～15Ω之間．所提供的器材有：電流表、電壓表、電源（電壓恒為6V）、開關各一個，滑動變阻器（“5Ω  2A”、“20Ω  1A”）兩個，導線若干．

（1）如圖甲所示是沒有連接完的實物電路，請用筆畫線代替導線將實物圖補充完整．
（2）小明選用的滑動變阻器的規格為20Ω1A．
（3）閉合開關無論怎樣移動變阻器滑片P，發現小燈泡始終不亮，電壓表有示數，電流表無示數，原因可能是燈泡斷路（寫出一種即可）．
（4）排除故障，閉合開關，移動滑片，當電流表的示數為0.3A時，電壓表的示數如圖乙所示，讀數為4V，小燈泡的額定功率為1.2 W．
（5）在某次調節過程中，滑動變阻器接入電路的阻值減小了△R₁，小燈泡的阻值變化了△R₂，則△R₁＞△R₂（選填“＞”、“＜”或“=”）
（6）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，保持電壓表示數始終為2V，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，如果不更換其它實驗器材，為了能夠完成實驗，實驗過程中更換的電阻阻值應不能夠大于10Ω．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電壓表連線不完整，根據題意確定電壓表量程，電壓表應與燈泡并聯．
（2）求出燈泡正常發光時滑動變阻器接入電路的阻值，根據該阻值選擇滑動變阻器的規格．
（3）常見的電路故障有斷路與短路兩種，根據電路故障現象分析電路故障原因．
（4）由圖乙確定電壓表量程與分度值，讀出電壓表示數，然后由電功率公式P=UI求出燈泡的功率．
（5）根據電流的變化判斷出總電阻的變化，得出電阻變化的大小關系；
（6）根據串聯電路特點與歐姆定律求出電阻最大阻值．

解答 解：（1）燈泡額定電流為0.3A，燈絲阻值在10Ω～15Ω之間，則燈泡額定電壓U=IR在3V～4.5V間，電壓表應選0～15V量程，電壓表與燈泡并聯，電路圖如圖1所示：

（2）電路電流為燈泡額定電流0.3A時，由U=IR可知，燈泡兩端電壓約為3V～4.5V，此時，滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈，滑動變阻器兩端電壓約為1.5V～3V，由R=$\frac{U}{I}$可知，此時滑動變阻器接入電路的阻值約為5Ω～10Ω，則滑動變阻器應選擇“20Ω  1A”；
（3）閉合開關移動滑動變阻器滑片，燈泡始終不亮，電流表無示數，說明電路存在斷路；電壓表有示數，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯電路之外電路不存在斷路，則與電壓表并聯的燈泡斷路．
（4）電壓表量程是0～15V，由圖乙可知，電壓表分度值是0.5V，電壓表示數是4V，燈泡額定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（5）滑動變阻器接入電路的阻值減小，此時燈泡的阻值變大，但電路中的電流變大，可知電路中的總電阻變小，所以變阻器減小的阻值大于燈泡增大的阻值，△R₁＞△R₂．
（6）電源電壓為6V，電壓表示數為2V，即電阻兩端電壓為2V，由串聯電路特點可知，滑動變阻器兩端電壓為：6V-2V=4V，串聯電路電阻兩端電壓與電阻阻值成正比，則滑動變阻器接入電路的阻值是定值電阻的兩倍，滑動變阻器最大阻值為20Ω，則定值電阻阻值不能超過10Ω．
故答案為：（1）電路圖如圖所示；（2）20Ω  1A；（3）燈泡斷路；（4）4；1.2；（5）＞；（6）10．

點評 本題考查了連接電路圖、實驗器材的選擇、電壓表讀數、求燈泡功率等問題，屬于常見題型，知識點較多，但難度不很大．