Question

15．某班同學做“測置小電燈的功率”的實驗，所用器材有：標“3.8V”字樣的待測小燈泡、電壓恒為6V的電源、標有“5Ω 1A”和“20Ω 1A”的滑動變阻器各一個、電流表（量程為0〜0.6A、0〜3A）、電壓表（量程為0〜3V、0〜15V）、開關及導線若干．
（1）甲學生在實驗時，把電流表與電壓表的位置接反了，閉合開關后會造成D．
A．電流表燒壞    B、電壓表燒壞   C．小電燈燒壞     D、小電燈不亮
（2）乙同學按圖連接電路后，操作正確，閉合開關，燈發(fā)出耀眼的光后熄滅，他接下來的操作是斷開開關，更換“20Ω1A”的滑動變阻器，將滑動變阻器的滑片移至阻值最大處
（3）丙同學按圖連接電路后，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(shù)．經(jīng)檢查，導線連接完好，則電路故障是燈泡斷路，排除該故障后，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，沒有將滑動變阻器的滑片移至阻值最大處．
（4）丁同學按電路圖正確連接電路后，閉合開關，從大到小調(diào)節(jié)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(shù)填入如表．

電壓表示數(shù) U/V	電流表示數(shù) I/A	小燈泡功率 P/W
2.0	0.20
2.5	0.22
3.0	0.25
3.8	0.30
4.5	0.32

①通過如表數(shù)據(jù)，可算得小電燈的額定功率為1.14W，還可得出關于燈絲電阻的結(jié)論是燈絲電阻隨溫度的升高而增大．
②當小燈泡正常工作時，連入電路的滑動變阻器的阻值為7.3Ω
③將兩個這樣的小燈泡串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，兩燈消粍的總功率為1.5W．

Answer 1

分析 （1）在實驗時，把電流表與電壓表的位置接反了，電壓表串聯(lián)在電路中，由于電壓表的電阻很大，電源電壓一定，電路中的電流較小，據(jù)此判斷選擇；
（2）乙同學按圖連接電路后，操作正確，閉合開關，燈發(fā)出耀眼的光后熄滅，說明燈兩端的電壓過大，用的滑動變阻器的最大阻值太小，應最大阻值較大的滑動變阻器；
（3）燈不亮，電壓表有較大的示數(shù)，說明電壓表的兩接線柱之間有開路；排除故障后，閉合開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，說明：閉合開關前，沒有將滑動變阻器的滑片移至阻值最大處；
（4）①當燈泡兩端電壓為額定電壓時，燈泡的實際功率等于燈泡的額定功率；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
②燈泡正常發(fā)光時，與燈泡串聯(lián)的滑動變阻器電壓為6V-3.8V=2.2V，則根據(jù)歐姆定律即可求出滑動變阻器連入電路的阻值；
③將兩個這樣的小燈泡串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，各分3V的電壓，由表中數(shù)據(jù)可知，此時通過的電流I=0.25A，利用P=UI求兩燈消粍的總功率．

解答 解：
（1）甲在實驗時，把電流表與電壓表的位置接反了，如圖所示：

由于電壓表的電阻很大，電源電壓一定，電路中的電流較小，電燈不亮，不會燒壞電流表、電壓表和燈，故D正確；
（2）乙同學按圖連接電路后，操作正確，閉合開關，燈發(fā)出耀眼的光后熄滅，說明用的滑動變阻器的最大阻值太小，應最大阻值較大的滑動變阻器，接下來的操作是：斷開開關，更換“20Ω 1A”的滑動變阻器，將滑動變阻器的滑片移至阻值最大處；
（3）丙同學按圖連接電路后，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(shù)，說明電壓表的兩接線柱之間有開路，可能是燈泡斷路；
排除故障后，閉合開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，說明：閉合開關前，沒有將滑動變阻器的滑片移至阻值最大處；
（4）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，當燈兩端的電壓U=U_額=3.8V時，I=0.3A，
額定功率：
P_額=U_額I=3.8V×0.3A=1.14W；
由表中數(shù)據(jù)可知：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{2.0V}{0.20A}$=10Ω，
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2.5V}{0.22A}$≈11.4Ω，
R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{3V}{0.25A}$=12Ω，
R₄=$\frac{{U}_{4}}{{I}_{4}}$=$\frac{3.8V}{0.3A}$≈12.7Ω，
R₅=$\frac{{U}_{5}}{{I}_{5}}$=$\frac{4.5V}{0.32A}$≈14.1Ω，
可見，隨小電燈電壓的增大，小電燈電阻變大，這是因為：隨電壓增大、電流隨之增大，小電燈的實際功率P=UI也增大，燈的溫度升高，由此可見：燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
②根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，當小電燈正常工作時，電流為I₄=0.3A，滑動變阻器兩端電壓為U_滑=U-U₄=6V-3.8V=2.2V，則根據(jù)歐姆定律得連入電路的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{4}}$=$\frac{2.2V}{0.3A}$≈7.3Ω；
③將兩個這樣的小燈泡串聯(lián)后直接接在6V電源的兩端，各分3V的電壓，此時通過的電流I=0.25A，兩燈消粍的總功率P=UI=6V×0.25A=1.5W．
故答案為：
（1）D；
（2）斷開開關，更換“20Ω 1A”的滑動變阻器，將滑動變阻器的滑片移至阻值最大處；
（3）燈泡斷路；閉合開關前，沒有將滑動變阻器的滑片移至阻值最大處；
（4）①1.14；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；②7.3；③1.5．

點評 本題考查了故障分析、求功率、求電阻阻值、數(shù)據(jù)處理等問題，關鍵是學生對伏安法測電功率實驗的理解和掌握．