Question

14．學(xué)校實驗室新進(jìn)了一批“2.5V  0.75W”的小燈泡，小明想通過實驗探究小燈泡的額定功率是否符合規(guī)格．實驗員提供了以下器材：待測小燈泡、銘牌為“10Ω  2A”、“50Ω  1A”的滑動變阻器各一個、電流表、電壓表、二節(jié)1.5V的干電池、開關(guān)、導(dǎo)線．
（1）請根據(jù)圖甲所示的電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線把圖乙所示的實物電路補(bǔ)充完整．

（2）小明連接完電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)接近電源電壓，反復(fù)移動滑動變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變．發(fā)生故障的原因可能是滑動變阻器短路，或者燈泡斷路．
（3）正確連接電路后，閉合開關(guān)S，小明在實驗過程中發(fā)現(xiàn)小燈泡兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍小，原因是：滑動變阻器阻值太�。粦�(yīng)換用銘牌為50Ω1A的滑動變阻器；
（4）小明更換器材后完成實驗，應(yīng)用實驗數(shù)據(jù)作出“U-I”關(guān)系圖象如圖丙所示，由圖可得小燈泡實測的額定功率為0.75W，該小燈泡符合（選填“符合”或“不符合”）制造規(guī)格；
（5）由“U-I”關(guān)系圖象可知，當(dāng)小燈泡兩端的電壓為0.5V時，它的電阻是5Ω；進(jìn)一步分析圖象可得小燈泡的電阻隨著它 兩端電壓的升高而升高增大（選填“增大”、“減少”或“不變”）．
（6）小明想通過實驗來比較燈泡“實際電壓是額定電壓一半時的電功率P₁”和“實際電流是額定電流一半時的電功率P₂”的大小，但小明的同學(xué)沒有通過實驗也比較出了它們的大小，P₁應(yīng)大于 P₂（選填“大于”、“小于”或“等于”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖連接實物圖，把電流表與滑動變阻器串聯(lián)，滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，滑動變阻器與小燈泡右接線柱串聯(lián)；
（2）電壓表的示數(shù)接近電源電壓，則說明變阻器分得電壓接近為0，反復(fù)移動滑動變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變．變阻器失去了變阻的作用據(jù)此分析；
電壓表的示數(shù)接近電源電壓，反復(fù)移動滑動變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變，即電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表與電源連連通，據(jù)此分析；
（3）電路連接正確，不是連接故障問題，而是器材的規(guī)格問題，從滑動變阻器規(guī)格方面考慮；
（4）先根據(jù)圖丙讀出燈泡兩端電壓等于額定電壓對應(yīng)的電流，然后利用P=UI求出小燈泡的額定功率；
（5）根據(jù)圖丙讀出燈泡兩端電壓為0.5V時對應(yīng)的電流，利用R=$\frac{U}{I}$求出燈泡的電阻；燈絲的電阻隨溫度升高而增大．
（6）如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時的電流等于額定電流的一半，其實際功率等于額定功率的四分之一；實際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電流大于額定電流的一半，此時燈泡實際功率大于額定功率的四分之一；如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時，燈泡實際功率等于額定功率的四分之一，實際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時的電阻，則燈泡實際功率小于額定功率的四分之一．

解答 解：
（1）把電流表的負(fù)接線柱與滑動變阻器的B接線柱相連，滑動變阻器的C接線柱與燈泡的右接線柱相連，如下圖所示：
（2）小明連接完電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)接近電源電壓，則說明變阻器分得電壓接近為0，反復(fù)移動滑動變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變，即變阻器失去了變阻的作用，發(fā)生故障的原因可能是：滑動變阻器同時接上面兩個接線柱或滑動變阻器短路了；
發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)接近電源電壓，反復(fù)移動滑動變阻器的滑片P，電壓表的示數(shù)基本不變，即電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表與電源連通，則可判斷燈泡斷路了；
（3）如果其它元件規(guī)格符合要求的情況下，滑動變阻器總阻值太小，根據(jù)串聯(lián)電路的特點可知，滑動變阻器阻值太小時，滑動變阻器分得的電壓小，使得小燈泡兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍小，應(yīng)換用銘牌為“50Ω  1A”的滑動變阻器；
（4）根據(jù)圖丙可知，燈泡兩端電壓為2.5V時，通過燈泡的電流為0.3A，則燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W，該小燈泡符合制造規(guī)格；
（5）根據(jù)圖丙可知，燈泡兩端電壓為0.5V時，通過燈泡的電流為0.1A，
根據(jù)I=$\frac{U}{R}$可知燈絲的電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.5V}{0.1A}$═5Ω；
因為燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，所以當(dāng)小燈泡電壓增大時，燈絲電阻將增大．
（6）因為P=$\frac{{U}^{2}}{R}$所以燈泡實際電壓為其額定電壓一半時，它的實際功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_額；
因為P=I²R
所以實際電流等于額定電流一半時，實際功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_額，
故P₁＞P₂；
故答案為：（1）見上圖；（2）短路；斷路；（3）滑動變阻器阻值太小；50Ω1A；（4）0.75；符合；（5）5；增大；（6）大于．

點評 此題是“測量小燈泡功率”的實驗，考查了有關(guān)電路連接的注意事項、歐姆定律和電功率計算公式的應(yīng)用，同時考查了燈絲電阻與溫度的關(guān)系，考查得比較全面．