Question

【題目】小華和小明在“測量小燈泡的額定功率”．器材如下：待測小燈泡（額定電壓為3.8V）、電源（電壓恒為6V）、滑動變阻器（20Ω 1A）、開關各一只，導線若干．

（1）他們將實驗器材連接成了如圖電路，閉合開關后發現燈不亮，只有________（選填“電流”或“電壓”）表有示數．

（2）小明想重新連接電路旁邊的小華攔住他，認為不用重新連接，只需改動一根導線，即可使電路連接正確．請你在應改動的導線上打“×”，并用筆畫線代替導線在原圖上畫出正確的接法_________．

（3）電路連接正確后，小明開始實驗．閉合開關電壓表示數為2.2V，則應向________（選填“A”或“B”）調節滑片，直至燈泡正常發光，電流表示數如圖，則小燈泡的額定功率為________W．

（4）在實驗過程中小明和小華還發現，調節滑動變阻器滑片時，電壓表的示數很難準確達到3.8V．經過討論他們發現只要再（2）小問改接正確的電路上將電壓表改接到________兩端，就能減小實驗誤差．改接后能減小實驗誤差的原因是________．

（5）小明和小華通過分析認為，如果增加已知阻值的定值電阻R0 ， 只利用一只電流表，通過簡單操作（開關S接“a”“b”各一次）就能測量小燈泡的額定功率．如圖甲、乙是他們設計的兩個電路圖，其中能完成測量的是電路圖________（選填“甲”“乙”或“都可以”）．

（6）小明和小華還想探究“在電壓一定的情況下，電流與電阻的關系”，于是將（2）小問改接正確的電路中的小燈泡換成阻值分別為10Ω、8Ω、6Ω、4Ω的四個定值電阻，其余連接均不變．在實驗中，將4個定值電阻依次接入電阻，調節滑動變阻器使定值電阻兩端的電壓保持某個值U0不變，為了能夠順利得到4組I、R數據，完成實驗，該電壓U0的取值范圍是：________．

Answer 1

【答案】電壓 B 1.14 滑動變阻器 燈泡正常發光時，滑動變阻器兩端電壓為6V-3.8V=2.2V，把電壓表并聯到滑動變阻器兩端，電壓表量程應選擇0-3V，分度值為0.1V，故讀數更精確 甲 2V--2.4V

【解析】

（1）根據電流表和電壓表的連接方式分析；

（2）電流表應串聯接入電路中；電壓表應與并聯接入電路中；

（3）燈在額定電壓下正常發光，根據圖中電壓表小量程讀數，比較電壓表示數與額定電壓的大小，根據串聯電路電壓的規律及分壓原理確滑片移動的方向；根據電流表的量程讀出電流值，運用電功率公式計算額定功率．

（4）根據串聯電路的電壓規律分析；

（5）在沒有電壓表的情況下，定值電阻與電流表應起到測量電壓的作用，故先將電流表與定值電阻串聯，根據歐姆定律和并聯電路電壓的規律，移動滑片使燈正常工作，保持滑片位置不動，再通過開關的轉換測燈與定值的總電流，根據并聯電路電流的規律求出燈的額定電流，根據P＝UI求出燈泡的額定功率；

（6）根據電流表量程，確定電路中的最大電流，由歐姆定律和串聯電阻的規律求出變阻器連入電路的最小電阻；根據串聯電路電壓的規律和分壓原理，對變阻器連入電路的最小電阻和最大電阻分類討論，從而確定電壓表允許的取值范圍．

（1）由圖可知，電壓表串聯接入了電路，電流表與燈泡并聯在電路中，故此時電流表示數為0，電壓表測量的是電源電壓，電壓表有示數；

（2）由圖可知，此時的電流表與燈泡并聯在了電路中，電壓表串聯在電路中了，是錯誤的；電壓表應并聯到燈的兩端；實物圖如下所示：

（3）燈在額定電壓下正常發光，電壓表示數為2.2V，小于燈的額定電壓2.5V，應增大燈的電壓，根據串聯電路電壓的規律，應減小變阻器的電壓，由分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向B移動，直到電壓表示數為額定電壓；圖2中，電流表使用的是0～0.6A量程，分度值是0.02A；故電流表示數I＝0.3A；小燈泡的額定功率：P＝UI＝3.8V×0.3A＝1.14W；

（4）在串聯電路中，電源電壓等于各部分電壓之和；燈泡的額定電壓為3.8V，故電壓表量程為0-15V，分度值為0.5V，故讀數不精確；燈泡正常發光時，滑動變阻器兩端電壓為6V-3.8V＝2.2V，把電壓表并聯到滑動變阻器兩端，當電壓表示數為2.2V時，電壓表量程應選擇0-3V，分度值為0.1V，故讀數更精確；

（5）燈泡與電阻R0，并聯在電路中，電壓是相同的，當通過R0的電流與R0的阻值的乘積等于3.8V時，燈會正常發光；圖3甲中，當s接b時，測的是R0的電流，通過移動滑片，使電流表示數為：I＝，根據歐姆定律，R0的電壓為3.8V，根據并聯電路電壓的規律，燈的電壓為3.8V，燈正常工作；保持滑片位置不動，s接a時，電流表測量的是干路中的電流，因電路的連接沒有改變，各電阻大小和電壓大小都不變，通過燈與定值電阻的電流也不變，故根據并聯電路電流關系可以求出燈泡的電流，根據P＝UI能求出燈泡的額定功率，故圖丙可以；圖3乙中，s接a時，電流表不接入電路中，s接b時，測的是燈泡的電流，故無法測出R0的電流，不能求出電壓，不能求出燈泡的額定功率，故圖3乙不可以．故選甲；

（6）把四個電阻串聯接入電路中，為了保護電流表，電路中的電流不能超過0.6A，故電路的最小電阻為：R小＝＝10Ω，電路中接入4Ω的電阻時，滑動變阻器接入電路的最小電阻為：R'＝R小-4Ω＝6Ω；設電壓表示數為U表，根據串聯電路電壓的規律，變阻器的電壓U滑＝U-U表＝6V-U表，根據分壓原理：，即-----①，因研究電流與電阻關系的實驗中，要保持電壓表示數不變，由①式得，方程左邊為定值，當變阻器接入電路中的電阻最小為R'＝6Ω時，對應的定值電阻最小為4Ω，代入①得，，U表＝2.4V，即定值電阻兩端的最大電壓為2.4V；同理，當滑動變阻器接入電路的電阻為20Ω時，對應的電阻最大為10Ω，代入①式得：，U表＝2V 即定值電阻兩端的最小電壓為2V；

故電壓表的取值范圍大小應滿足2V≤U表≤2.4V．