Question

11．在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，如圖所示，選用圖甲所示的器材，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）
（1）為了能夠順利完成實驗探究，下列兩種規(guī)格的滑動變阻器應選用B
A．“10Ω  0.5A”的滑動變阻器  B．“50Ω  0.5A”的滑動變阻器
（2）用筆畫線代替導線，將圖所示的實物電路連接完整．
（3）閉合開關前，應將圖甲中所示的滑動變阻器的滑片滑到A（填“A”或“B”）端．
（4）閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，若電路只有一處故障，則故障原因是小燈泡斷路．
（5）排除故障后，閉合開關，移動滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)是2.2V；為了測量小燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片向B（填“A”或“B”）端移動．
（6）根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，繪制出小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關系圖象，如圖丙所示．分析圖象可知；
   ①小燈泡的額定功率為0.625W．
   ②小燈泡燈絲電阻是變化的，主要是受溫度變化的影響．
   ③實驗中觀察到：當小燈泡兩端的電壓低于0.5V時，小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是電流太�。ɑ驘舻膶嶋H功率太�。�．
（7）完成上述實驗后，小華在缺少電壓表的情況下，根據(jù)繪制出的小燈泡電流與電壓關系圖象，設計出了一個測未知定值電阻的電路，如圖丁所示．請根據(jù)電路圖寫出其中一次測量的實驗步驟：
①開關S₁閉合，S₂斷開，調節(jié)滑動變阻器的滑片使電流表為I_燈=0.25A（或0.2A、或0.1A）；
 ②開關S₁斷開、S₂閉合，保持滑片的位置不變，記錄電流表的示數(shù)I；
 ③表達式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$（或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$）．

Answer 1

分析 （1）由串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算燈泡正常發(fā)光時變阻器連入的阻值，從而確定變阻器的規(guī)格；
（2）求出燈正常發(fā)光時的電流大小，確定電流表量程；
（3）閉合開關前，變阻器連入電路中的電阻應最大；
（4）閉合開關燈泡不亮，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；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源兩端是連通的，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：小燈泡斷路；
（5）電壓表測燈泡電壓，根據(jù)圖乙電壓表小量程讀數(shù)，比較電壓表示與額定電壓大小，根據(jù)分壓原理判斷滑動變阻器的滑片移動方向；
（6）①由圖象讀出燈泡電壓為2.5V時的電流，由P=UI計算其額定功率；
②燈泡的燈絲會隨溫度的變化而改變；
③燈的亮度由燈的實際功率決定；
（7）先使燈與電流表串聯(lián)，通過調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表示數(shù)為I_燈=0.25A（或為0.2A或為0.1A），根據(jù)圖丙可知燈此時兩端的電壓，根據(jù)并聯(lián)電器電壓的特點，也就知道了待測電阻的電壓；保持滑片位置不變，再通過開關的轉換，在電路連接關系不變、各用電器的電壓不變的前提下，使電流表測出待測電阻與燈并聯(lián)的總電流I，因通過燈的電流保持不變，根據(jù)并聯(lián)電路電流的特點，所以在第2次操作中，通過待測電阻的電流大小I_x=I-I_燈，則根據(jù)歐姆定律待測電阻大小可求．

解答 解：（1）測量小燈泡的電功率實驗中，L與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測L兩端電壓，電流表測電路中電流，
由題知燈泡正常發(fā)光時電路中電流約為I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，根據(jù)串聯(lián)電路電流的特點，即為通過變阻器的電流大小，變阻器應分去的電壓U_變=6V-2.5V=3.5V，變阻器阻值至少為R_變=$\frac{{U}_{變}}{I}=\frac{3.5V}{\frac{2.5V}{12Ω}}$=16.8Ω＞10Ω，所以應選擇滑動變阻器的規(guī)格為50Ω 0.5A；
（2）由（1）知，燈泡正常發(fā)光時電路中電流約為0.21A，所以電流表選用小量程，連接如下圖所示：

（3）閉合開關前，為保護電路元件，變阻器連入電路中的電阻應最大，即將圖甲中所示的滑動變阻器的滑片滑到到A端；
（4）閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，若電路只有一處故障，則故障是小燈泡斷路了；
（5）電壓表測量燈泡的電壓，在圖乙中電壓表量程0-3V，分度值0.1V，由圖知電壓表示數(shù)為2.2V，即燈泡兩端的電壓為2.2V，小于燈的額定電壓，要使燈泡兩端電壓增大到2.5V，應減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，應減小滑動變阻器連入電路中的電阻，滑片向B端移動；
（6）①由圖象可知，當燈泡電壓為2.5V時的電流為0.25A，所以燈泡的額定功率
P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
②燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，由圖象知，電壓越大，通過燈的電流越大，根據(jù)P=UI，燈泡的實際功率越大，燈絲溫度越高，電阻越大；
③實驗中觀察到：當小燈泡兩端的電壓低于0.5V時，通過燈的電流小于0.1A，則燈的實際功率小于
P′=U′I′=0.5V×0.1A=0.05W，遠小于燈的額定功率，小燈泡不發(fā)光；
（7）在上面的分析基礎上步驟如下：
①開關S₁閉合，S₂斷開，調節(jié)滑動變阻器的滑片使電流表為I_燈=0.25A（或0.2A、或0.1A）；
②開關S₁斷開、S₂閉合，保持滑片的位置不變，記錄電流表的示數(shù)I；
③在①中，根據(jù)圖丙可知，燈的電壓為2.5V；在②中電流表測待測電阻與燈并聯(lián)的總電阻，且因電路的連接關系沒有改變，各用電器的電壓不變，所以通過燈的電流仍為0.25A，所以在②中，通過待測電阻的電流大小為I-0.25A，所以待測電阻R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$（或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$）．
故答案為：（1）B；
（2）如上圖所示；
（3）A；
（4）小燈泡斷路了；
（5）2.2；B；
（6）①0.625；②溫度；③電流太小（或燈的實際功率太�。�；
（7）①開關S₁閉合，S₂斷開，調節(jié)滑動變阻器的滑片使電流表為I_燈=0.25A（或0.2A、或0.1A）；
②開關S₁斷開、S₂閉合，保持滑片的位置不變，記錄電流表的示數(shù)I；
③$\frac{2.5V}{I-0.25A}$（或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$）．

點評 本題測量燈的電功率和測待測電阻的大小，主要考查器材的選擇、電路的連接、實驗注意事項、常見故障的分析、操作過程、額定功率的計算、影響電阻大小的因素、決定燈亮度的因素及設計實驗方案的能力，綜合性強，最后一問難度較大．