Question

7．在復(fù)習(xí)電學(xué)知識時，小明在實驗室又做了“測量小燈泡電功率”和“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”的實驗．實驗中，所用的電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為3.8V，滑動變阻器的規(guī)格為“30Ω 1A”．

（1）在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，小明按圖甲所示的電路圖正確連接了電路．實物中少了兩根導(dǎo)線．請用筆畫線代替導(dǎo)線補上，將圖乙中的實物電路連接完整．
（2）連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器滑片P應(yīng)放在最左端（選填“左”或“右”）．
（3）閉合開關(guān)后，移動變阻器的滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V 時，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為1.52W．
（4）移動變阻器的滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成如圖丁所示的小燈泡的I-U 圖象．由圖象可知：當(dāng)小燈泡兩端的電壓增大時，小燈泡的電阻變大（選填“變大”、“不變”或“變小”），如果小燈泡兩端的電壓為1.9V，則小燈泡的實際功率大于0.38W（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）在做“探究電流與電阻關(guān)系”的實驗時，小明所用的四個定值電阻的阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω．他直接利用測量小燈泡電功率時所連的電路進行實驗，他把電路中的小燈泡取下，電路的其他元件連接方式不動，把四個定值電阻分別接入電路中進行探究．如果要保證電路中各元件的安全，且用四個電阻都能順利地完成實驗，則定值電阻兩端的電壓應(yīng)該在B范圍內(nèi)選擇．
A．U≤3V       B． 2.4V≤U≤3V      C．U≥3V      D．3V≤U≤6V．

Answer 1

分析 （1）在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，根據(jù)燈泡的額定電壓判斷出電壓表的量程，然后根據(jù)滑動變阻器的使用和電壓表并聯(lián)使用的特點連接實物電路圖．
（2）連接電路時，開關(guān)應(yīng)斷開；在閉合開關(guān)之前，滑動變阻器應(yīng)處于最大阻值處，是為了防止電流過大燒壞電路元件；
（3）根據(jù)電表的量程和分度值讀出電表的示數(shù)，根據(jù)P=UI即可計算燈泡的額定功率；
（4）根據(jù)R=$\frac{U}{I}$得出燈泡的電阻與與電壓的關(guān)系，然后根據(jù)歐姆定律判斷出燈泡的實際電流，利用P=UI即可判斷實際功率的大�。�
（5）“探究電流與電阻的關(guān)系”實驗時，應(yīng)控制不同值電阻的電壓保持不變，電流表允許通過的最大電流為
I_最大=0.6A，根據(jù)歐姆定律，I_最大=$\frac{{U}_{最大}}{{R}_{最小}}$，U_最大=I_最大R_最小，在求定值電阻兩端的最大電壓時，應(yīng)以最小的定值電阻為準；
當(dāng)選用最大的定值電阻20Ω時，且變阻器連入電路中的電阻最大時，電路中的電流最小，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點，即通過定值電阻的最小電流，I_最小=$\frac{{U}_{最小}}{{R}_{最大}}$，所以，U_最小=I_最小R_最大，所以，在求定值電阻兩端的最小電壓時，應(yīng)以最大的定值電阻為準．

解答 解：（1）由圖甲所示電路圖可知，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)，電流表串聯(lián)在電路中，根據(jù)燈泡的額定電壓為3.8V可知電壓表的量程選0～15V，則實物電路圖如圖所示：

（2）為保護電路，在連接電路時，應(yīng)斷開開關(guān)；在閉合開關(guān)之前，滑動變阻器應(yīng)處于最大阻值，即在左端；
（3）當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V，燈泡正好正常工作，由乙圖：電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以通過燈泡的電流I=0.4A，
則燈泡的額定功率P_額=U_額I=3.8V×0.4A=1.52W；
（4）由圖象可知：$\frac{U}{I}$的比值隨電壓的增大而增大，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$可知對應(yīng)的電阻是逐漸增大．
如果小燈泡兩端的電壓為1.9V，即：U_實=1.9V=$\frac{1}{2}$U_額，
由于燈泡的電阻隨電壓的增大而增大，則通過燈泡的實際電流I_實＞$\frac{1}{2}$I_額=$\frac{1}{2}$×0.4A=0.2A，
所以，P_實=U_實I_實＞1.9V×0.2A=3.8W．
（5）探究電流與電阻的關(guān)系”實驗時，應(yīng)控制不同電阻的電壓保持不變，根據(jù)把5Ω、10Ω、15Ω、20Ω分別接入電路中進行探究，保證電路中各元件的安全，且用四個電阻都能順利地完成實驗：
因電流表的量程為0～0.6A，所以電路中的最大電流為0.6A，當(dāng)接入最小的電阻5Ω時，電壓表示數(shù)即為允許的最大電壓U_最大=R_最小I_最大=5Ω×0.6A=3V；
因變阻器的最大阻值為30Ω，當(dāng)變阻器電阻全部連入電路中時，若接入最大的電阻R_最大=20Ω，此時電路中的最小電流I_最小=$\frac{U}{{R}_{定最大}+{R}_{滑最大}}$=0.12A，定值電阻的最小電壓U_小=I_小R_定大=0.12A×20Ω=2.4V．
所定值電阻兩端的電壓應(yīng)該在 2.4V≤U≤3V范圍內(nèi)，故選B．
故答案為：（1）圖見上；（2）斷開；左；（3）1.52；（4）變大；大于；（5）B．

點評 本題測量連接實物電路圖、燈泡電功率，考查額定功率的計算、影響電阻大小的因素、實際功率的大小的計算，在探究電流與電阻的關(guān)系實驗中主要考查了控制變量法的運用及完成實驗對定值電阻的電壓要求，最后兩問難度大，綜合性強，對能力要求高．