Question

6．如圖是研究“2.5V  1W”的小燈泡燈絲電阻的電路圖和實物連線圖：

（1）實物接線圖還差幾根導線沒有接好，請用筆當導線連接好實物圖．
（2）在正確連接好電路后，某次測量中電流表示數(shù)為0.30A，為測得額定電壓下的燈絲電阻，滑動變阻器滑片P應向左端移動（填“左”或“右”）．
（3）小王同學連接好最后一根導線．燈泡立即發(fā)出明亮耀眼的光并很快熄滅．檢查后發(fā)現(xiàn)連線正確，請你找出實驗中兩個操作不當之處：①連接電路時，開關未斷開；②滑動變阻器的滑片沒有調到最大阻值處．
（4）小明受此實驗啟發(fā)，想測定電動自行車上用作照明的LED（發(fā)光二極管）額定功率．在老師的幫助下通過實驗得到該LED的電流電壓圖象如圖丙所示，查閱資料知道該LED的額定電壓為3V，結合圖象可得該LED的額定功率為0.072 W．小明進一步發(fā)現(xiàn)，在額定電壓下工作時，LED比小燈泡亮，請對此現(xiàn)象作出解釋LED的電能轉化為光能的效率比白熾燈的要高得多．
（5）小李同學完成實驗后想再測桌上的一個定值電阻的阻值，他用的滑動變阻器上標有“30Ω  2A”字樣，剛閉合開關發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0.18A，移動滑片電流表能達到最大電流0.58A，他很快就知道了這個電阻的阻值，這個電阻的阻值是13.5Ω

Answer 1

分析 （1）在實物圖找錯誤連接，主要從電壓表、電流表、滑動變阻器的正確使用考慮：
根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，根據(jù)I=$\frac{P}{U}$計算獲得電流表的量程，還要注意電壓表、電流表的正負接線柱、連接方式．
滑動變阻器要從一上一下的接線柱接法和滑片位置來分析．
（2）燈泡額定電流為I=$\frac{P}{U}$，要增大電路電流，減小總電阻，減小滑動變阻器的電阻．
（3）連接好最后一根導線還沒閉合開關燈泡就發(fā)光，說明開關在連接電路之前是閉合的，燈泡立即發(fā)出明亮耀眼的光說明電路電流很大，故滑動變阻器的阻值沒有調到最大阻值處．
（4）由I-U圖象找出3V電壓對應的電流，然后由P=UI求出LED燈的功率；從燈泡發(fā)光時，
電能轉化為光能的效率分析LED燈比小燈泡亮的原因．
（5）剛閉合開關時，滑動變阻器接入電路的阻值最大；當電路中電流最大時，滑動變阻器接入電路的電阻為零；然后以電源電壓為等價列兩個關系式解之即可．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓是2.5V，所以電壓表選擇0～3V量程；
燈泡的額定電流為I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A，電流表選擇0～0.6A量程；
滑動變阻器任選下面一個接線柱，然后根據(jù)電路圖將電路補充完整即可．如下圖：

（2）電路電流為0.3A，小于燈泡額定電流0.4A，要使電路中的電流增大，總電阻應減小，要減小滑動變阻器電阻，滑片應左移．
（3）連好電路，沒閉合開關燈泡就發(fā)光，說明開關之前是閉合的，這是錯誤操作．燈泡發(fā)出耀眼的光，說明電流很大，這是因為滑動變阻器的滑片沒有調到最大阻值處，這也是不允許的．
（4）由I-U圖象可知，電壓U=3V對應的電流I=24mA=0.024A，
LED的額定功率P=UI=3V×0.024A=0.072W，
LED工作時電能轉化為光能的效率遠大于小燈泡電能轉化為光能的效率，所以，在額定電壓下工作時，LED比小燈泡亮；
（5）剛閉合開關發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)為0.18A，此時滑動變阻器接入電路的阻值最大，
則電源電壓U=0.18A×（30Ω+R）-----①
移動滑片電流表能達到最大電流0.58A，此時滑動變阻器接入電路的阻值為零，
則電源電壓U=0.58A×R------②
由①②可得：R=13.5Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）左；（3）①連接電路，開關未斷開；②滑動變阻器的滑片沒有調到最大阻值處；（4）0.072；LED的電能轉化為光能的效率比白熾燈的要高得多；（5）13.5．

點評 根據(jù)燈泡正常工作時的電壓、電阻，判斷電流表的量程比較常見．根據(jù)燈泡正常工作時的電壓、功率，判斷電流表量程不常見，但這是確定電流表量程的另一種方法；會根據(jù)現(xiàn)象判斷電路故障以及根據(jù)滑動變阻器的最大值和最小值，并結合歐姆定律計算相關物理量；要認真掌握．