Question

11．小紅在測量小燈泡電功率的實驗中，電源電壓為4.5V，小燈泡的額定電壓為2.5V，小燈泡正常發(fā)光時的電阻約為10Ω．

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整．要求：當滑動變阻器的滑片向左移動時，連入電路的電阻變大；連線不得交叉．
（2）實驗過程中，小紅正確連接電路并檢查無誤后，閉合開關，但她發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，于是立刻舉手要求老師更換燈泡，其實小紅的做法是欠妥的，她正確的做法應該是移動滑片看燈泡是否發(fā)光．
A．更換小燈泡  B．檢查電路是否斷路  C．移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光
（3）小宇同學閉合開關，移動滑片P到某一位置時，電壓表示數(shù)（如圖乙所示）為2.2V，若他想測量小燈泡的額定功率，應將圖甲中滑動變阻器的滑片P向B（選填“A”或“B”）端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
（4）小宇同學繼續(xù)移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的I-U關系圖象，根據(jù)圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W，還可以得出：小燈泡的實際功率隨實際電壓的增大而增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）．從圖象還可以發(fā)現(xiàn)通過小燈泡的電流與其兩端電壓不成正比，造成這種現(xiàn)象的原因是小燈泡燈絲電阻受溫度影響．
（5）小葉同學按同一電路連接好最后一根導線，燈泡立即發(fā)出明亮耀眼的光，并很快熄滅，檢查后發(fā)現(xiàn)連線正確，請你找出她在實驗中兩個操作不當之處是：
①連接電路時開關沒有斷開；
②閉合開關前，沒有將滑動變阻器的滑片調(diào)到阻值最大的位置．
（6）小芳同學正確連接實驗電路后，開關試觸時，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是：小燈泡斷路．
（7）實驗時某小組學生發(fā)現(xiàn)電流表損壞，他們想設計一個不用電流表測定該小燈泡額定功率的實驗．于是向老師要了一個阻值為R₀的定值電阻（阻值適當）和一個單刀雙擲開關（符號為：），借助原有的實驗器材，順利完成了實驗．設計實驗方案如圖丁．
①請根據(jù)實驗電路圖補充完整步驟．
a．根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5V．
b．保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
②寫出燈泡額定功率的表達式P_額=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）

Answer 1

分析 （1）在測量小燈泡電功率的實驗中，電流表、燈泡、滑動變阻器以及開關串聯(lián)連接，根據(jù)歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值，然后確定電流表的量程，并將電流表與燈泡串聯(lián)；將滑動變阻器與開關串聯(lián)，當滑動變阻器的滑片向左移動時，連入電路的電阻變大，因此將滑動變阻器的右下接線柱連入電路；
（2）在閉合開關前要把滑動變阻器的阻值調(diào)到最大，燈泡不亮首先要檢查是不是滑動變阻器的阻值調(diào)的太大，導致電流過小，從個燈泡不亮；
（3）由串聯(lián)電路的電壓特點--電壓和電阻成正比，來分析滑動變阻器的滑片移動情況．
（4）從圖象上找到額定電壓對應的點，讀出對應的電流，利用P=UI計算額定功率．該圖象不是直線，即電壓和電流的比值不是定值，說明小燈泡發(fā)光的過程中，影響電阻大小的因素是存在的．
（5）連接實物電路時，開關要斷開，滑動變阻器滑片要移到阻值最大位置處．
（6）電壓表有示數(shù)，說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，據(jù)此分析故障的可能原因；
（7）沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于2.5V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）燈泡的額定電流大約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，因此電壓表選擇0～0.6A的量程；將電流表的0.6A接線柱與燈泡的左接線柱相連；將滑動變阻器的B接線柱與開關的右接線柱相連，如下圖所示：
；
（2）電路連接正確，燈泡不亮，首先應移動滑片看燈泡是否發(fā)光，看是不是因為阻值太大導致燈泡不亮；故選C；
（3）電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，而額定電壓為2.5V，故應使小燈泡兩端的電壓增大，就應該讓滑動變阻器兩端的電壓減小，就必須把滑動變阻器的阻值調(diào)小，即滑片向B移動，使電壓表示數(shù)為2.5V．
（4）由圖象知，當燈的電壓是2.5V時，對應的電流值為0.2A，額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．隨燈泡電壓的增大，燈泡電流增大，燈泡實際功率P=UI增大．
小燈泡的電流隨電壓變化的圖象不是一條直線，說明小燈泡的電阻不是定值，并且燈絲的電阻隨電壓的增大而升高，即燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（5）①連接好最后一根導線，燈泡立即發(fā)光，說明連接電路時，沒有斷開開關；②燈泡發(fā)出明亮耀眼的光，說明電路電流很大，電路電阻很小，連接電路時，滑動變阻器滑片沒有置于最大阻值處．
（6）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明某處發(fā)生了斷路，電壓表有示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的燈泡出現(xiàn)了斷路．
（7）實驗步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5A．
b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
通過燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）如圖；（2）移動滑片看燈泡是否發(fā)光；（3）2.2；B； 2.5；（4）0.5；增大；小燈泡燈絲電阻受溫度影響；（5）①連接電路時開關沒有斷開；②閉合開關前，沒有將滑動變阻器的滑片調(diào)到阻值最大的位置；（6）小燈泡斷路；（7）a、2.5；b、保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接2；2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了測量電功率的實驗中電路故障的判斷、電壓表的讀數(shù)、串聯(lián)電路的分壓作用及額定功率的計算，同時還考查了學生對圖象的分析和處理能力．本實驗需要注意燈絲的電阻隨溫度的變化而變化．