Question

善于观察的小华发现家里轿车的前灯有好几组，且灯丝粗细不同，发光的亮度也不同，他猜想车灯的亮度可能与灯丝的粗细有关，于是他设计了模拟电路，并选择下列器材：电源、滑动变阻器、小灯泡 （L₁ “2.5V  1.25W”、L₂“2.5V  0.5W ”各一只，代替轿车前灯）、电流表、电压表等进行实验来验证自己的猜想．如图甲

（1）在电源电压为12V的情况下，为保证电路安全，应选择的滑动变阻器规格为（____________）

A.10Ω、1A     B. 20Ω、0.5A      C.20Ω、1A    D．50Ω、1A

（2）闭合开关S，发现无论怎样移动变阻器的滑片，灯泡L₁、L₂均不亮，A、V₁无示数，V₂有示数，则电路出现的故障是__________；排除故障后，移动变阻器的滑片，分别读出电流表、电压表的示数，观察并记录灯泡发光情况．填入表一．当变阻器滑片移至某位置时。电流表的示数如图乙所示，则电路中的电流_________A，此时发现灯L₂发光异常耀眼，原因是________。

（3）分析表一中的数据，可得结论：两灯串联，灯泡的灯丝越细，亮度越_________；

（4）然后，小华按图丙所示设计连接电路进行实验，记录的实验数据及现象如表二，根据表二可得出结论：两灯并联时，灯泡的灯丝越细，亮度越_________；

（5）小华完成实验后有困惑，通过向爸爸请教，明白了轿车的灯是可以不同时工作的，在额定电压相同时，若想要更换更亮的灯，应选择灯丝较_________（选填“粗”或“细”）的灯泡。

表1

灯 泡 L1	粗细	电压/V	电流/A	亮度	灯 泡 L2	粗细	电压/V	电流/A	亮度
粗	0.6	0.12	不发光	细	1.5	0.12	微亮
粗	0.8	0.16	微亮	细	2.0	0.16	不很亮
粗	1.0	0.20	微亮	细	2.5	0.20	较亮
粗	1.3		不很亮	细	3.25		异常耀眼

表2

灯 泡 L1	粗细	电压/V	电流/A	亮度	灯 泡 L2	粗细	电压/V	电流/A	亮度
粗	1.0	0. 2	微亮	细	1.0	0.08	不发光
粗	1.5	0.3	不很亮	细	1.5	0.12	微亮
粗	2.0	0.4	较亮	细	2.0	0.16	不很亮
粗	2.5	0.5	明亮	细	2.5	0.20	较亮

Answer

D L2断路 0.26 L2的实际电流大于额定电流 亮 暗 粗

【解析】

(1)[1]由题意可知，小灯泡L1的电阻是

小灯泡L2的电阻是

假设选择滑动变阻器规格为10Ω、1A，当电路中的电流最小时，变阻器的阻值最大，电流大小是

此时小灯泡L1的电压是

此时小灯泡L2的电压是

这个电压大小已超过额定电压，不合要求，当变阻器的阻值更小时，电流会更大，小灯泡L2的电压也会更大，这样不合题意，所以滑动变阻器规格不能是10Ω；

假设选择滑动变阻器规格为20Ω、0.5A，当电路中的电流最小时，变阻器的阻值最大，电流大小是

此时小灯泡L1的电压是

此时小灯泡L2的电压是

这个电压大小已超过额定电压，不合要求，当变阻器的阻值更小时，电流会更大，小灯泡L2的电压也会更大，这样不合题意，所以滑动变阻器规格不能是20Ω；

假设选择滑动变阻器规格为50Ω、1A，当电路中的电流最小时，变阻器的阻值最大，电流大小是

此时小灯泡L1的电压是

此时小灯泡L2的电压是

这个电压大小没有超过额定电压，符合要求，只要电阻值不是太小，电流不会太大，灯泡的电压也不会太大，所以滑动变阻器规格可以是50Ω、1A；故选D。

(2)[2]假设L2断路，那么没有电流流过电流表和L1，电流表和电压表V1示数为零，电压表测的是电源电压，有示数，这种情况下符合题意，故电路出现的故障是L2断路；

[3]从图乙可以看到，电流表的量程是0到0.6A，它的读数是0.26A；

[4]灯L2的额定电流是

这是一个串联电路，此时发现灯L2发光异常耀眼，原因是电流0.26A超过了灯L2的额定电流；

(3)[5]从表1可以看到，两灯串联，流过的电流大小相同，灯泡的灯丝细的，比粗的更亮，可得结论：两灯串联，灯泡的灯丝越细，亮度越亮；

(4)[6]从表2可以看到，两灯并联，两灯两端的电压大小相同，灯泡的灯丝细的，比粗的更暗，可得结论：两灯并联时，灯泡的灯丝越细，亮度越暗；

(5)[7]根据可知，在额定电压相同时，电阻越小，电功率越大，灯泡越亮，而灯丝较粗的灯泡电阻较小，所以应选择灯丝较粗的灯泡。