Question

【題目】小樂同學按如圖甲所示的電路圖，探究“小燈泡的亮度和實際電功率的關系”。可用器材：標有“2.5V”字樣的燈泡、電壓恒為4.5V的電源、滑動變阻器R1“20Ω 1A”、R2“50Ω 1A”、R3“100Ω 0.1A”、電流表（量程為0～0.6A、0～3A）、電壓表（量程為0～3V、0～15V）

（1）請根據如圖中的電路圖用筆畫線代替導線將如圖的實物連接成完整電路（導線不允許交叉）。

（________）

（2）小樂按照正確步驟操作后，閉合開關，發現小燈泡不亮，但電流表有示數，接下來小樂應該_______

(填選項前的字母)。

A．更換小燈泡 B．檢查電路是否開路 C．移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發光

（3）正確操作后，小樂閉合開關，移動滑片，電壓表示數為2.2V，若要燈泡正常發光，則應向______（選填“A”或“B”）端移動滑片，當小燈泡正常發光時，電流表示數為0.3A，小燈泡的額定功率為_________W。

（4）小樂又陸續測量出了燈泡在不同電壓下對應的電流，并填入下表。根據表中數據可知，小樂選擇的滑動變阻器________是（選填“R1”、“R2”或“R3”）。若將這樣兩個完全相同的小燈泡串聯在電壓為2V的電源上，則電路的總功率為______W。

電壓表的示數U/V	電流表的示數I/A	燈泡亮度
0.5	0.1	暗
1.0	0.2	較暗
1.5	0.26	較亮
2.5	0.3	亮

（5）根據實驗數據和現象，小樂得出結論：小燈泡的實際功率越________（選填“大”或“小”），燈泡越亮。

（6）同組的小越還想探究“電壓一定時，電流與電阻的關系”，于是將電路中的小燈泡換成阻值分別為

10Ω、8Ω、5Ω、2Ω的定值電阻，滑動變阻器選用R1“20Ω 1A”，電流表量程改接為0～3A，其余連接不變。在實驗中，將定值電阻依次接入電路，調節滑動變阻器（接入阻值不為零）使定值電阻兩端的電壓保持U0不變，為了能夠順利得到4組I、R數據，該電壓U0的取值范圍是__________。

Answer 1

【答案】 C A 0.75 R2 0.4 大 0.5V≤U表≤1.5V

【解析】

（1）根據電路圖連接實物電路，滑動變阻器與電阻串聯，要接一上一下，電壓表與小燈泡并聯，根據小燈泡兩端的額定電壓，判斷電壓表的量程；
（2）燈泡實際功率太小，燈泡可能不發光，根據實驗現象分析應進行的實驗操作；
（3）燈泡兩端電壓由2.2V增大到2.5V，燈泡電流要增大，需要減小電路電阻，減小滑動變阻器的電阻；知道電壓和電流，根據P=UI計算功率。
（4）根據串聯的特點，可求滑動變阻器的阻值；兩個完全相同的小燈泡串聯在電壓為2V的電源上，電壓為1V，由圖可得電流，再根據P=UI可求；
（5）根據表中數據得到燈泡的亮度與實際功率的關系；
（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）由電路圖知，燈泡的額定電壓是2.5V，電壓表選擇小量程，需將電壓表與小燈泡并聯；滑動變阻器與小燈泡串聯，滑動變阻器已接了上面一個接線柱，可再接下面左接線柱，如圖所示：

（2）閉合開關，小燈泡不亮，但電流表有示數，說明電路不存在斷路，燈泡不亮可能是電路電阻太大，燈泡實際功率太小造成的，應移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發光，故選C；

（3）電壓表測燈泡電壓，要測燈泡的額定功率，應使燈泡兩端電壓為2.5V，應使電壓表的示數由2.2V增大到2.5V，要使燈泡電壓增大，需要電流增大，總電阻減小，滑動變阻器電阻減小，所以滑片向A端移動；燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；

（4）由表格數據可得，小燈泡電壓最小為0.5V時，滑動變阻器接入阻值最大，此時小燈泡的電阻，小燈泡與滑動變阻器串聯，根據串聯電路電流相等和歐姆定律可得：，即，解得R滑=40Ω，根據給出的滑動變阻器規格可知，小樂應選擇滑動變阻器R2；兩個完全相同的小燈泡串聯在電壓為2V的電源上，則每個小燈泡的電壓為1V，由表格數據可得此時電路中的電流I=0.2A，則電路的總功率為：P′=U′I′=2V×0.2A=0.4W；

（5）根據實驗數據和現象，小樂得出結論：小燈泡的實際功率越大，燈泡越亮。
（6）把四個電阻分別串聯接入電路中，電流表量程改接為0～3A，但滑動變阻器允許通過的最大電流為1A，故電路的最小電阻為：，電路中接入2Ω的電阻時，滑動變阻器接入電路的最小電阻為：R'=R小-2Ω=2.5Ω；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=4.5V-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'=2.5Ω時，對應的定值電阻最小為2Ω，代入①得，，解得U表=0.5V，即定值電阻兩端的最小電壓為0.5V；
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：，解得U表=1.5V，即定值電阻兩端的最大電壓為1.5V；故電壓表的取值范圍大小應滿足0.5V≤U表≤1.5V。