Question

班級(jí)同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)展“模擬制作亮度可連續(xù)調(diào)節(jié)的調(diào)光燈”實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)器材有：6V蓄電池、規(guī)格為“2.5V　0.25A”的小燈泡，“30Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和若干導(dǎo)線，另有各種規(guī)格的定值電阻和實(shí)驗(yàn)室常用的電表可供任意選用．

（1）一位同學(xué)連接了如圖甲所示電路，實(shí)驗(yàn)后同組的另一位同學(xué)認(rèn)為該調(diào)光燈電路不符合制作要求，請(qǐng)你說(shuō)明該同學(xué)觀點(diǎn)的理由；
（2）該同學(xué)對(duì)原電路進(jìn)行了改進(jìn)，他選擇了一只規(guī)格合適的定值電阻R₀串聯(lián)在原電路中，如圖乙所示，請(qǐng)你通過(guò)計(jì)算確定該電阻R₀的規(guī)格；
（3）交流中還有一些同學(xué)提出另一種改進(jìn)方案，他們提出“圖甲的電路不用改動(dòng)，只要在原電路操作時(shí)限定操作條件，也能滿足制作要求”．請(qǐng)你分析并說(shuō)明該方案的條件設(shè)定及操作過(guò)程．

Answer 1

解：（1）由圖可知，滑動(dòng)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(guò)2.5V，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)分壓至少為6V-2.5V=3.5V；
則滑動(dòng)變阻器接入電阻至少為 =14Ω；即滑動(dòng)變阻器接入電阻只能在14Ω～20Ω范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，
所以滑動(dòng)變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會(huì)超過(guò)2.5V．
答：滑動(dòng)變阻器滑片不能隨意向右移，否則燈泡兩端的電壓會(huì)超過(guò)2.5V．
（2）要使滑動(dòng)變阻器能隨意調(diào)節(jié)，即滑動(dòng)變阻器短路時(shí)，燈泡能正常工作，電路中燈泡與R₀串聯(lián)；
∴R₀中通過(guò)的電流為：I₀=I_L=0.25A，則R₀允許通過(guò)的最大電流不小于0.25A；
由∵U₀=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
R0===14Ω；
答：R₀的規(guī)格是阻值為14Ω，允許通過(guò)的最大電流不小于0.25A．
（3）在圖甲的電路不用改動(dòng)的情況下，為了保證燈泡兩端的電壓不超過(guò)2.5V（或通過(guò)燈泡的電流不超過(guò)0.25A），只要能隨時(shí)觀察燈泡兩端的電壓（或電流）；
故需要電壓表（電流表），在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)程中，觀察到電壓表（電流表）的示數(shù)為2.5V（0.25A）時(shí)，在變阻器上做標(biāo)記（或安裝限位裝置）；以限定滑動(dòng)變阻器的移動(dòng)范圍．
分析：（1）由甲圖可知燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)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(dòng)變阻器能隨意調(diào)節(jié)，則應(yīng)讓滑動(dòng)變阻器短路時(shí)，燈泡的實(shí)際電壓不能超過(guò)它的額定電壓，即讓這時(shí)燈泡正常工作，于是由串聯(lián)電路的電壓、電流規(guī)律可知R₀的電壓和電流，再利用歐姆定律可求R₀的阻值；
（3）要使不超過(guò)燈泡的額定電壓，故在實(shí)驗(yàn)中需要明確燈泡兩端的電壓，故應(yīng)需要在燈泡兩端并聯(lián)電壓表．
點(diǎn)評(píng)：本題考查滑動(dòng)變阻器對(duì)電路中電流的控制作用，并能靈活應(yīng)用串聯(lián)電路的電壓規(guī)律進(jìn)行分析判斷，這要求學(xué)生能認(rèn)直審題，逐步解答，本題難度較大．