Question

3．在“探究影響電流做功多少的因素”活動中，同學們設計了如圖甲、乙、丙三個電路．

（1）經過討論，認為不應該選擇圖甲電路，原因是滑動變阻器滑片移動時，燈泡兩端的電壓和電流都在變化，無法控制電流或者電壓不變．
（2）為研究電流做功與電壓的關系，應該選擇圖丙 所示的電路．
（3）利用圖丙電路研究某問題，當閉合開關后，發現兩燈都不亮，電壓表V₁有示數，電壓表V₂無示數，則電路發生的故障是燈L₁斷路（或開路）了．
（4）小明想測燈泡的額定功率，將標有“12V 6W”燈泡L₁和“6V 4W”燈泡L₂按圖丙電路連接，再接入電流表．經分析，能測出燈泡L₁ 的額定功率．

Answer 1

分析 （1）電流做功的大小與電壓、電流和通電時間三個因素有關，當研究與其中某一個因素的關系時，應控制其余的因素不變；
（2）研究電流做功與電壓的關系，應控制電流的大小和通電時間相同，通過比較電壓的大小，得出電流做功與電壓的關系；
（3）電壓表有示數，說明電壓表的兩接線柱和電源連接的部分電路中沒有斷路；電壓表無示數，說明可能電壓表被短路，或者電壓表與電源連接的部分電路有斷路，綜合分析就可以找出故障．
（4）額定功率是小燈泡在額定電壓下發揮的功率，要測量燈泡的額定功率，燈泡兩端的電壓必須能達到其額定電壓，電路中的電流為燈泡的額定電流．

解答 解：（1）甲電路中，滑動變阻器滑片移動時，燈泡兩端的電壓和電流都在變化，無法控制電流或者電壓不變，根據控制變量法的思想，不能研究電流做功與電壓和電流的關系，因為電路中電壓和電流同時改變，不能單獨控制其中一個不變；
（2）研究電流與電壓的關系，就應該控制電路中的電流和通電時間不變，通過比較電壓，研究電流做功與電壓的關系，圖丙中兩只燈泡串聯，控制了電流相同和通電時間相同；
（3）圖丙中，閉合開關后電壓表V₁有示數，說明V₁→開關→電源→滑動變阻器→燈L₂這部分電路無斷路；電壓表V₂無示數，說明V₂→燈L₁→開關→電源→滑動變阻器這部分電路有斷路，綜合以上分析，電路故障就是燈L₁斷路（或開路）了．
（4）“12V  6W”燈泡L₁額定電流I₁=$\frac{{P}_{1}}{{U}_{1}}=\frac{6W}{12V}$═0.5A，“6V  4W”燈泡L₂額定電流I₂=$\frac{{P}_{2}}{{U}_{2}}=\frac{4W}{6V}$═0.67A，
因為0.5A＜0.67A，根據串聯電路電流相等，所以為保護燈L₁，電路中的電流不能超過0.5A，因此燈泡L₁能正常發光，即當L₁的電壓為12V時，燈L₁正常工作（L₂比正常發光暗），再接入電流表便能測量燈L₁的額定功率．
故答案為：
（1）滑動變阻器滑片移動時，燈泡兩端的電壓和電流都在變化，無法控制電流或者電壓不變；
（2）丙；
（3）L₁斷路（或開路了）；
（4）L₁；

點評 本題探究影響電流做功多少的因素，考查控制變量法的具體運用及常見故障的分析及電功率的有關知識，綜合性較強．