Question

班級同學在實驗室里開展“模擬制作亮度可連續(xù)調(diào)節(jié)的調(diào)光燈”實踐活動，實驗器材有：6V蓄電池、規(guī)格為“2.5V  0.25A”的小燈泡，“30Ω 1A”的滑動變阻器、開關和若干導線，另有各種規(guī)格的定值電阻和實驗室常用的電表可供任意選用．

（1）一位同學連接了如圖甲所示電路，實驗后同組的另一位同學認為該調(diào)光燈電路不符合制作要求，請你說明該同學觀點的理由；
（2）該同學對原電路進行了改進，他選擇了一只規(guī)格合適的定值電阻R串聯(lián)在原電路中，如圖乙所示，請你通過計算確定該電阻R的規(guī)格；
（3）交流中還有一些同學提出另一種改進方案，他們提出“圖甲的電路不用改動，只要在原電路操作時限定操作條件，也能滿足制作要求”．請你分析并說明該方案的條件設定及操作過程．

Answer 1

【答案】分析：（1）由甲圖可知燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點分析燈泡兩端的電壓范圍，由此可判斷不符合要求之處；
（2）要使滑動變阻器能隨意調(diào)節(jié)，則應讓滑動變阻器短路時，燈泡的實際電壓不能超過它的額定電壓，即讓這時燈泡正常工作，于是由串聯(lián)電路的電壓、電流規(guī)律可知R的電壓和電流，再利用歐姆定律可求R的阻值；
（3）要使不超過燈泡的額定電壓，故在實驗中需要明確燈泡兩端的電壓，故應需要在燈泡兩端并聯(lián)電壓表．
解答：解：（1）由圖可知，滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，要使燈泡正常工作，燈泡兩端的電壓最大不得超過2.5V，則滑動變阻器應分壓至少為6V-2.5V=3.5V；
則滑動變阻器接入電阻至少為 =14Ω；即滑動變阻器接入電阻只能在14Ω～20Ω范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，
所以滑動變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會超過2.5V．
答：滑動變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會超過2.5V．
（2）要使滑動變阻器能隨意調(diào)節(jié)，即滑動變阻器短路時，燈泡能正常工作，電路中燈泡與R串聯(lián)；
∴R中通過的電流為：I=I_L=0.25A，則R允許通過的最大電流不小于0.25A；
由∵U=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
R0===14Ω；
答：R的規(guī)格是阻值為14Ω，允許通過的最大電流不小于0.25A．
（3）在圖甲的電路不用改動的情況下，為了保證燈泡兩端的電壓不超過2.5V（或通過燈泡的電流不超過0.25A），只要能隨時觀察燈泡兩端的電壓（或電流）；
故需要電壓表（電流表），在實驗過程中，先將電壓表（或電流表）與燈泡并聯(lián)（串聯(lián)）；
然后在調(diào)光過程中，觀察到電壓表（電流表）的示數(shù)為2.5V（0.25A）時，在變阻器上做標記（或安裝限位裝置）；以限定滑動變阻器的移動范圍．
點評：本題考查滑動變阻器對電路中電流的控制作用，并能靈活應用串聯(lián)電路的電壓規(guī)律進行分析判斷，這要求學生能認直審題，逐步解答，本題難度較大．