Question

5．小張利用如圖甲所示電路測定小燈泡的功率．被測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右．實驗室有如下器材：電源（電壓為6V不變）、電流表（0～0.6A，0～3A）、電壓表（0～3V，0～15V）、開關(guān)各一個、導(dǎo)線若干、滑動變阻器兩只：R₁（20Ω，0.5A）、R₂（50Ω，0.5A）．
（1）在小張所連接的電路中，有兩根導(dǎo)線還沒有連接好，請你幫他完成電路的連接（要求：滑動變阻器滑片向右移動，燈泡亮度變亮；其他的導(dǎo)線不要變動，導(dǎo)線不能交叉）．
（2）實驗前在檢查儀器時，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，則接下來的操作是對電流表進(jìn)行調(diào)零．正確連接電路閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑動變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數(shù)接近6V，電流表示數(shù)幾乎為0，電路的故障可能是小燈泡斷路．
（3）排除電路故障后，閉合開關(guān)，改變滑動變阻器的阻值，多次測量，小張畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖丙），則小燈泡的額定功率為0.625W．在多次測量中，小張還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（4）小張又取了一個規(guī)格、型號完全相同的舊燈泡進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)在額定電壓下工作時，燈泡亮度明顯偏暗，小張仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)這只燈泡的玻璃內(nèi)壁變黑．燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時發(fā)生升華而變細(xì)，消耗的實際功率變小的緣故（選填“大”或“小”）．
（5）燈泡的功率測量完畢，小張用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究電流跟電阻的關(guān)系，得到如圖丁所示的電流I隨電阻R變化的圖象，則小張應(yīng)選用滑動變阻器R₂（選填“R₁”或“R₂”）．若某次實驗中滑動變阻器連入的阻值為14Ω，則所選定值電阻的阻值為10Ω．

Answer 1

分析 （1）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、滑動變阻器以及開關(guān)串聯(lián)在電路中；滑動變阻器滑片向右移動，燈泡亮度變亮，說明電路電流變小，即滑動變阻器接入電路的阻值變小，故將滑動變阻器的右下接線柱接入電路；
（2）①由圖知，電流表指針沒有指在零刻度線上，使用電流表前應(yīng)對電流表進(jìn)行機械調(diào)零，使指針指在零刻度線上；
②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．
（3）已知燈泡的額定電壓，通過圖象得到額定電壓下的電流，利用公式P=UI得到燈泡的額定功率；燈絲電阻受溫度的影響，變化較明顯，并且溫度越高，電阻越大．
（4）①物質(zhì)由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫升華；②在兩端電壓一定時，用電器消耗的功率的變化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$
（5）①在探究電流與電阻的關(guān)系時，要改變接入電路的電阻阻值大小，但不同阻值的電阻兩端電壓不變；
②串聯(lián)電路中用電器兩端電壓與其阻值成正比，由圖象可得電阻兩端電壓，已知電源電壓和電阻兩端電壓，可以得到滑動變阻器兩端電壓，根據(jù)串聯(lián)電路用電器兩端電壓與電阻的對應(yīng)關(guān)系，得到定值電阻的阻值．

解答 解：（1）燈正常發(fā)光時的電流約為I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，因此電流表的量程為0～0.6A；
滑動變阻器滑片向右移動，燈泡亮度變亮，說明電路電流變小，即滑動變阻器接入電路的阻值變小，故將滑動變阻器的右下接線柱接入電路；如下圖所示：

（2）①電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)先對電流表調(diào)零；
②電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動滑片P，發(fā)觀燈泡總不亮，且電流表無示數(shù)，說明電路中有斷路故障；但電壓表示數(shù)接近6V，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表與電源兩極間的電路不存在斷路；則故障原因可能是燈泡斷路；
（3）①由圖象知，在額定電壓下，通過燈泡的電流為0.25A；
則燈泡的額定功率：P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625W；
②燈泡亮度隨電壓的升高而增大，電阻隨之增大，所以電壓與電流的比值（即燈泡的電阻）是變大的；
（4）燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時溫度很高，鎢絲由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)發(fā)生升華現(xiàn)象而變細(xì)；燈絲變細(xì)，電阻增大，在兩端電壓一定時，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈泡消耗的功率變小，即實際功率減��；
（5）①由圖象知，不同阻值的電阻兩端電壓等于0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=…=2.5V，
當(dāng)選擇25Ω的定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)時，由要保持定值電阻兩端電壓為2.5V不變，
根據(jù)串聯(lián)分壓原理有：$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}=\frac{R}{{R}_{滑}}$，變阻器接入電路的電阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$×R=$\frac{6-2.5}{2.5}$×25Ω=35Ω，
所以滑動變阻器應(yīng)選擇R₂（50Ω，0.5A）．
②滑動變阻器兩端電壓為U_滑=3.5V，根據(jù)分壓原理，定值電阻的大小R′=$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$×R′_滑=$\frac{2.5}{3.5}$×14Ω=10Ω，即選擇的定值電阻阻值為10Ω．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）對電流表進(jìn)行調(diào)零；燈泡斷路；
（3）0.625；變大；
（4）��；
（5）R₂；10．

點評 本題考查了電流表的調(diào)節(jié)及讀數(shù)、電路故障分析、求燈泡額定功率、燈泡電阻與溫度的關(guān)系、升華現(xiàn)象、電功率的變化以及滑動變阻器規(guī)格的選擇，設(shè)計的知識點多，綜合性較強，具有一定的代表性．