Question

14．如圖甲是小明測量小燈泡電功率的實物圖．提供的器材有小燈泡（額定電壓2.5V）、電流表、電壓表、開關(guān)、電源（電壓恒為6V）各一個，滑動變阻器（“20Ω  2A”、“50Ω  1A”）兩個，導線若干．

（1）請用筆畫線將實物圖甲補畫完整．
（2）閉合開關(guān)后，移動滑片P，當電壓表的示數(shù)為1V時，電流表的示數(shù)（如圖乙所示）為0.2A，此時小燈泡的功率為0.2W．
（3）實驗時，由于小明粗心大意，沒有記錄燈泡正常發(fā)光時電流表的示數(shù)，于是他根據(jù)第一次實驗數(shù)據(jù)計算出燈絲電阻，再計算出燈泡兩端電壓為2.5V時的功率，則燈泡的額定功率小于1.25W．（選填“大于”、“小于”或“等于”）理由是：燈泡的電阻隨溫度的升高而增大．
【拓展】
（1）小明選擇變阻器的規(guī)格是50Ω 1A．
（2）完成上述實驗后，小明向老師要了一個已知電阻為R₀的定值電阻和一個單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設(shè)計了如圖丙所示的實驗電路，也測出了小燈泡的額定功率，請你幫他完成下列實驗步驟：
①連接好實驗電路，閉合開關(guān)S₁，將S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”），移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V．
②保持滑片的位置不動，再將S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），讀出電壓表的示數(shù)U．
③小燈泡額定功率的表達式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電流表、電壓表、滑動變阻器去的用法連接電路；
（2）根據(jù)電流表的量程和分度值，讀出電流值，根據(jù)P=UI計算出功率；
（3）根據(jù)歐姆定律求出第1次和第3次燈泡的電阻即可得出燈泡電阻的變化，然后判斷燈泡電阻隨溫度的變化，進一步判斷實際測量出燈泡的額定功率和1.25W之間的關(guān)系；
（4）由表中數(shù)據(jù)可知電路中的電流和燈泡兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出滑動變阻器兩端的電壓，利用歐姆定律求出滑動變阻器接入電路中的阻值即可選取滑動變阻器的規(guī)格；
（5）由丙圖可知，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3.8V，
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計算出燈炮的額定功率．

解答 解：（1）電流表要“正進負出“、電壓表與用電器并聯(lián)、滑動變阻器按”一上一下“接，電路連接如圖所示：

（2）電流表的量程為0-0.6A，分度值為0.02A，電流表的讀數(shù)為0.2A，小燈泡的功率為：P=UI=1V×0.2A=0.2W；
（3）根據(jù)歐姆定律可得，第1次的電阻
R₁=$\frac{{U}_{L}}{I}$=$\frac{1V}{0.2A}$=5Ω，因為燈泡的電阻隨溫度的升高而增大，
所以燈泡兩端的電壓為2.5V時，燈絲的電阻大于5Ω，
根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈泡的實際測量出燈泡的額定功率應小于1.25W．
拓展：（1）由表格數(shù)據(jù)可知，當燈泡兩端的電壓為1V時，電路中的電流為0.2A，
因為串聯(lián)電路中的總電壓等于各分電壓之和，
所以滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_L=6V-1V=5V，
根據(jù)歐姆定律可得，滑動變阻器接入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{5V}{0.2A}$=25Ω＞10Ω，
所以他選用的滑動變阻器規(guī)格為：“50Ω  1A”；
（2）①連接好實驗電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)U，電壓表測量燈泡和R₀的總電壓；
③此時定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U-U_額=U-3.8V，
通過燈泡的電流：I_額=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：P_額=U_額I_額=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）0.2A；0.2W；（3）小于；燈泡的電阻隨溫度的升高而增大；（1）50Ω  1A；（2）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了電路連接、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實驗設(shè)計等，最后一問的實驗設(shè)計是本題的難點，知道實驗原理、應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題．