《2025年一遍过九年级物理全一册沪科版》

某同学在做“调节灯泡亮度”的电学实验时,电路如图所示,电源电压恒为4.5V,电压表选用量程为“0~3V”,电流表选用量程为“0~3A”,滑动变阻器R的规格为“20Ω 1A”,灯泡L标有“2.5V 1.25W”字样,忽略灯丝电阻变化,在不损坏电路元件的情况下,下列判断正确的是(D)
A.电流表示数变化的范围是0.18~0.5A
B.电压表示数变化的范围是0~3V
C.滑动变阻器R的阻值变化的范围是2.5~10Ω
D.该电路的最大功率是2.25W
E.滑动变阻器R的最大电功率是0.9W

答案： D

(1) 判断电路中各元件的连接情况。
闭合开关后,去掉电表,滑动变阻器R与灯泡L的连接方式是串联。
判断过程

(2) 判断电表的测量对象。
电压表V测量滑动变阻器两端电压。
(3) 计算灯泡的额定电流与电阻。
由$P = UI的变形式I= \frac{P}{U}$可得,灯泡额定电流为0.5A,由$P= \frac{U^{2}}{R}的变形式R= \frac{U^{2}}{P}$可得,灯泡电阻$R_{L}= $5Ω。
(4) 滑动变阻器接入电路电阻的变化范围。
①滑动变阻器接入电路的电阻不能太小,否则干路电流过大会烧坏灯泡L、电流表。故干路电流最大为0.5A。此时灯泡L处于正常发光状态,L两端的电压为2.5V,则滑动变阻器R两端电压为$U= $2V；由$R= \frac{U}{I}$可得,滑动变阻器R接入电路的最小阻值为$R_{min}= $4Ω。
②滑动变阻器接入电路的电阻不能太大,否则滑动变阻器分担的电压过大会烧坏电压表。故滑动变阻器两端电压最大为3V。此时灯泡L分担的电压为1.5V,因灯泡L电阻$R_{L}= $5Ω,由$I= \frac{U}{R}$可得,此时通过灯泡L的电流$I_{L}= $0.3A；因串联电路电流处处相等,由$R= \frac{U}{I}$可得,滑动变阻器接入电路的最大阻值$R_{max}= $10Ω。
③综上所述,滑动变阻器阻值变化的范围是4~10 Ω。
思路小结
题中影响滑动变阻器接入电路的阻值变化范围的限制条件：
(1) 滑动变阻器接入电路电阻最小值的限制条件：①电流表允许测量的最大电流(电流表的量程)；②各个用电器允许通过的最大电流(用电器的规格)。
(2) 滑动变阻器接入电路阻值最大值的限制条件：①电压表允许测量的最大电压(电压表的量程)；②滑动变阻器的最大阻值(滑动变阻器的规格)。
(5) 电流表示数的范围。
①当滑动变阻器接入电路的电阻变小时,电路中电流增大,即当R取最小值$R_{min}= $4Ω时,电路中电流最大,为0.5A。
②当滑动变阻器接入电路的电阻变大时,电路中电流减小,即当R取最大值$R_{max}= $10Ω时,电路中电流最小,为0.3A。
③综上所述,电路中电流变化的范围是0.3~0.5 A。
(6) 电压表示数的范围。(题图中电压表测量滑动变阻器两端的电压)
①当滑动变阻器R接入电路的电阻变小时,电压表示数变小,即当R取最小值$R_{min}= $4Ω时,电压表示数最小,为2V。
②当滑动变阻器R接入电路的电阻变大时,电压表示数变大,即当R取最大值$R_{max}= $10Ω时,电压表示数最大,为3V。
③综上所述,电路中电压表示数变化的范围是2~3 V。
(7) 电路总功率变化范围。
因电源电压U不变,经上述分析知电路中电流变化的范围是0.3~0.5 A,由$P = UI$可得电路总功率变化范围是1.35~2.25 W。
(8) 滑动变阻器最大电功率。
当滑动变阻器接入电路的电阻等于灯泡电阻时,滑动变阻器的电功率最大,为1.012 5W

答案：
(1)串
(2)滑动变阻器
(3)0.5 5
(4)①灯泡L 电流表 0.5 2.5 2 4 ②电压表 3 1.5 5 0.3 10 ③4~10 Ω
(5)①4 0.5 ②10 0.3 ③0.3~0.5 A
(6)滑动变阻器 ①4 2 ②10 3 ③2~3 V
(7)0.3~0.5 A 1.35~2.25 W
(8)1.012 5