Question

10．、小明在進行“測量小燈泡電功率”的實驗時，實驗臺上給他提供的器材有：6V蓄電池、電流表（0-0.6A、0-3A）、電壓表（0-3V、0-15V）、“50Ω、1A”和“10Ω、1.5A”兩種規(guī)格的滑動變阻器、額定電壓為2.5V的小燈泡（正常發(fā)光時的電阻約為10Ω）、開關(guān)各一個，導(dǎo)線若干．

（1）為順利完成實驗，小明在實驗中應(yīng)選用規(guī)格為“50Ω、1A”的滑動變阻器．
（2）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，幫小明將圖甲的實物電路連接完整．（要求：滑片P向右移動時，小燈泡變亮）
（3）連好電路后，閉合開關(guān)，通過移動滑動變阻器的滑片，分別記下了多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制了U-Ι圖象如圖乙所示．根據(jù)U-Ι圖象提供的信息，小燈泡的額定電流為0.2 A，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W，當加在小燈泡兩端的電壓為1.5V時，小燈泡的電阻是10Ω．
（4）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)圖象分析其原因是燈泡實際實際功率太�。�
（5）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(guān)系圖象，設(shè)計出了一個測未知定值電阻的電路，如圖丙所示．請根據(jù)電路圖在空格內(nèi)將實驗步驟補充完整．
①斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S₁，適當調(diào)節(jié)滑動變阻器，讀出電流表示數(shù)為Ι₁，根據(jù)小燈泡電流與電壓關(guān)系圖象得出燈泡的電壓為U₁；
②閉合開關(guān)S₂，斷開開關(guān)S₁，讀出電流表示數(shù)為Ι₂．得出 表達式：R_x=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）由歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時的電流，由串聯(lián)電路特點求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，由歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的阻值，據(jù)此選擇滑動變阻器規(guī)格．
（2）根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程，把滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表與燈泡并聯(lián)．
（3）由圖象求出燈泡額定電壓對應(yīng)的電流，由P=UI求出燈泡額定功率；由圖象求出電壓1.5V對應(yīng)的電流，由歐姆定律求出燈泡電阻．
（4）小燈泡不發(fā)光的原因可能是小燈泡實際功率過�。�
（5）要測量未知定值電阻，需測量出未知定值電阻的電壓和電流，應(yīng)用并聯(lián)電路特點與歐姆定律求出通過未知定值電阻的電流，然后應(yīng)用R=$\frac{U}{I}$求出未知定值電阻表達式．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時的電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，此時滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，因此應(yīng)選規(guī)格為50Ω、1A的滑動變阻器．
（2）燈泡額定電壓是2.5V，電壓表選0～3V量程，滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表與燈泡并聯(lián)，電路圖如圖所示．

（3）由圖乙所示圖象可知，燈泡額定電壓2.5V對應(yīng)的電流為0.2A，燈泡額定功率P=UI_額=2.5V×0.2A=0.5W；由圖象可知，電壓U′=1.5V對應(yīng)的電流I′=0.15A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，此時燈泡電阻R=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{1.5V}{0.15A}$=10Ω．
（4）小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡實際功率過小，達不到發(fā)光程度．
（5）按照電路圖正確連接電路；
①開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，此時燈泡與電阻并聯(lián)，它們兩端電壓相等，調(diào)節(jié)滑動變阻器，讀出電流表示數(shù)為Ι₁，根據(jù)小燈泡電流與電壓關(guān)系圖象得出燈泡的電壓為U₁；
②保持滑片位置不動，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S₂，此時燈泡與定值電阻并聯(lián)，電流表測干路電流，記下電流表的讀數(shù)為I₂，
通過定值電阻的電流I_x=I₂-I₁，
由I=$\frac{U}{R}$可得，R_x的表達式為：R_x=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．
故答案為：（1）50Ω、1A；（2）電路圖如圖所示；（3）0.5；10；（4）燈泡實際實際功率太��；（5）s₂；s₁；R_x=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．

點評 本題考查了實驗器材的選擇、連接實物電路圖、求燈泡功率與電阻、分析影響燈絲電阻的因素，選擇實驗器材時要保證電路安全；連接實物電路圖時，要注意電表量程的選擇，注意電表正負接線柱不要接反．