Question

12．小紅用如圖甲所示的電路測定小燈泡的額定功率，小燈泡的額定電壓為2.5V，燈絲電阻約為8Ω． 除小燈泡外，實驗室提供的器材有：電壓為6V的電源，電流表（0～0.6A  0～3A），電壓表（0～3V  0～15V），滑動變阻器R₁（20Ω  1.5A），滑動變阻器R₂（5Ω  1A），開關(guān)一個，導(dǎo)線若干．實驗前小紅經(jīng)過分析，電流表選用了（0～0.6A）量程．

（1）為保證實驗的順利進(jìn)行，提高實驗的準(zhǔn)確性，電壓表量程應(yīng)該選0～3V，滑動變阻器應(yīng)該選R₁．
（2）請按照小紅設(shè)計的電路圖，幫助她用鉛筆畫線代替導(dǎo)線，把乙圖中實物連接圖補(bǔ)充完整．
（3）閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片應(yīng)移到最右端（選填“左”或“右”）；若連好電路閉合開關(guān)瞬間，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表指針迅速擺過滿刻度線，則故障可能是燈泡斷路（寫出一種即可）．實驗中，由于某種原因，導(dǎo)致電壓表的示數(shù)變?yōu)榱�，電流表的示�?shù)增大，則電路可能出現(xiàn)的故障是燈泡短路．
（4）排除故障后，移動滑片P到某一位置時，發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為2.0V，若想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑動變阻器的滑片P向左（選填“左”或“右”）端移動．
（5）經(jīng)過多次實驗收集數(shù)據(jù)，畫出如圖所示的U-I圖象，計算出小燈泡的額定功率是0.625W．由圖可知，通過小燈泡的電流與它兩端的電壓不成正比，其原因是：燈絲電阻與溫度有關(guān)．
（6）不改變上面連好的電路，還可以完成的實驗有：測小燈泡的電阻．（寫出一個即可）．

Answer 1

分析 （1）電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，根據(jù)額定電壓選擇量程．由串聯(lián)電路特點求出滑動變阻器兩端電壓，然后由歐姆定律求出滑動變阻器的最大阻值．
（2）在連接電路時，滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，滑動變阻器有4個接線柱，選擇一上一下串聯(lián)在電路中．
電流表串聯(lián)在電路中，電壓表與燈泡并聯(lián)，并注意其量程和正負(fù)接線柱的接法．
（3）滑動變阻器在電路中可以保護(hù)電路，閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動變阻器的滑片移動到阻值最大的位置．
閉合開關(guān)燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外的電路斷路；電流表無示數(shù)可能是電路斷路；電壓表示數(shù)接近6V，等于電源電壓，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：燈泡斷路．
若電流表有示數(shù)；電壓表無示數(shù)，說明電壓表并聯(lián)的電路存在短路；即可能是燈泡短路．
（4）因為滑動變阻器可以改變燈泡兩端電壓．根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點和歐姆定律判斷如何使燈泡兩端的實際電壓達(dá)到額定電壓；
（5）額定電壓下燈泡的實際功率和額定功率相等，根據(jù)圖丙讀出燈泡的額定電流，再根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；圖象不是直線說明電壓與電流的比值即電阻是變化的，可以從影響電阻大小的因素進(jìn)行分析．
（6）不改變以上電路我們還可以做實驗：①滑動變阻器改變電路中的電流，②測小燈泡電阻；③電壓變化不太大的范圍內(nèi)研究電流跟電壓的關(guān)系．

解答 解：（1）電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，由于燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表應(yīng)選擇0～3V的量程．
燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端電壓：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
燈泡正常工作的電流I=$\frac{{U}_{額}}{R}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=0.3125A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動變阻器的接入電路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3125A}$=11.2Ω＞5Ω．
所以應(yīng)選擇滑動變阻器R₁．
（2）電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，應(yīng)選擇0～3V的量程．電流從電壓表和電流表的正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出．滑動變阻器已經(jīng)選定了上面接線柱，可選擇下面左邊的一個接線柱串聯(lián)在電路中．如圖所示：

（3）閉合開關(guān)前，為了保護(hù)電路應(yīng)將滑動變阻器的滑片移動到阻值最大的位置，即滑動變阻器的最右端．
若連好電路閉合開關(guān)瞬間，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路中有斷路故障；電壓表指針迅速擺過滿刻度線，說明電壓表與電源兩極是連通的，所以故障原因可能是燈泡斷路．
實驗中，由于某種原因，電流表的示數(shù)增大，說明電路中的電阻變小，可能的故障是燈泡出現(xiàn)短路，導(dǎo)致電壓表也被短路了，電壓表的示數(shù)變?yōu)榱悖?br />（4）此時電壓表示數(shù)為2.0V＜2.5V，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可知，電阻大的分擔(dān)的電壓多，要想讓燈泡的電壓變大，可以讓變阻器的電壓變小，應(yīng)使滑動變阻器的阻值變小即可，所以應(yīng)將滑動變阻器向左移動．
（5）由圖丙知，U=2.5V時，通過燈泡的電流I=0.25A，
則燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
由圖象可知，電壓和電流的比值是變化的，即小燈泡燈絲電阻隨電壓增大而增大，造成燈絲電阻變化的實際原因是燈絲電阻與溫度有關(guān)，燈絲溫度越高，燈絲電阻越大．
（6）由圖甲電路圖可知，我們可以測出電路中的電流以及電阻兩端的電壓，那么我們可以利用這個電路來測小燈泡的電阻（或用滑動變阻器改變電路中的電流；在電壓變化不太大的范圍內(nèi)研究電流跟電壓的關(guān)系）．
故答案為：（1）0～3V；R₁；（2）見上圖；（3）右；燈泡斷路；燈泡短路；（4）左；
（5）0.625；燈絲電阻與溫度有關(guān)，燈絲溫度越高，燈絲電阻越大；（6）測小燈泡的電阻．

點評 本題考查了電路分析、求滑動變阻器最大阻值、電流表讀數(shù)、求燈泡額定功率、電路故障現(xiàn)象分析、實驗設(shè)計、判斷實驗方案是否可行等問題，本題難度較大；實驗時要選擇合適的實驗器材規(guī)格．