Question

7．在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，選用如圖甲所示的器材，其中電源電壓為6Ⅴ，小燈泡額定電壓為2.5Ⅴ（燈絲電阻約為12Ω）．

（1）為能順利完成該實驗探究，下列兩種規(guī)格的滑動變阻器應(yīng)選用B（選填下面兩項序號）．
A．“10Ω  0.5A”的滑動變阻器   　　 B．“20Ω  0.5A”的滑動變阻器
（2）用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲所示的實物電路連接完整．
（3）連接電路時，開關(guān)應(yīng)斷開，閉合開關(guān)前，應(yīng)將圖甲中所示的滑動變阻器的滑片滑到A端（選填“A”或“B”）．
（4）閉合開關(guān)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，則故障原因是燈泡斷路．
（5）排除故障后，閉合開關(guān)，移動滑片，發(fā)現(xiàn)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(yīng)將滑動變阻器的滑片向B端移動（選填“A”或“B”）．
（6）通過小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關(guān)系如圖丙所示．分析圖象可知：
①該小燈泡正常發(fā)光時的額定功率為0.5W．
②小燈泡燈絲的電阻是變化的，主要是受溫度變化的影響．
（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(guān)系圖象，設(shè)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只閉合S₁，移動滑片P，直到電流表示數(shù)為0.2A；
②只閉合S₂，保持滑片P不動，記下電流表示數(shù)為I；
③表達式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.2A}$．（用已知量和所測量表示）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律求出燈的額定電流，由串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律求出燈正常發(fā)交時變阻器連入電路中的電阻大小，確定變阻器的規(guī)格；
（2）根據(jù)燈的額定電流確定電流表量程串聯(lián)在電路中；
（3）閉合開關(guān)前，應(yīng)將圖甲中所示的滑動變阻器的滑片滑到阻值最大處；
（4）若電流表示數(shù)為0，燈不亮，說明電路可能斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
（5）在額定電壓下正常發(fā)光，根據(jù)圖中電壓表小量程讀數(shù)，比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確滑片移動的方向；
（6）①根據(jù)圖丙找到額定電壓下的電流，根據(jù)P=UI求額定功率；
②燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；
（7）由圖丙知，當(dāng)燈正常發(fā)光時，通過的電流為0.20A，故先使燈與電流表串聯(lián)，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表示數(shù)為I_燈=0.2A，燈正常發(fā)光；
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(guān)的轉(zhuǎn)換，在電路連接關(guān)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′=I-I_燈，則根據(jù)歐姆定律待測電阻大小可求．

解答 解：（1）中電源電壓為6Ⅴ，小燈泡額定電壓為2.5Ⅴ，燈絲電阻約為12Ω，燈正常發(fā)光時的電流：
I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈正常發(fā)光時變阻器分得的電壓：
U_滑=U=U_L=6V-2.5V=3.5V，根據(jù)歐姆定律的變形公式，變阻器連入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{L}}=\frac{3.5V}{\frac{2.5V}{12Ω}}$=16.8Ω，
考慮到電流和電阻因素，故應(yīng)選用“20Ω 0.5A”的滑動變阻器，即B；
（2）由上知，電流表選用小量程串聯(lián)在電路中，如下所示：

（3）閉合開關(guān)前，應(yīng)將圖甲中所示的滑動變阻器的滑片滑到阻值最大處，即A．
（4）經(jīng)分析，閉合開關(guān)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：燈泡斷路；
（5）燈在額定電壓下正常發(fā)光，圖中電壓選用小量程，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，小于燈的額定電壓2.5V，應(yīng)增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小變阻器的電壓，由分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向B移動，直到電壓表示數(shù)為額定電壓；
（6）①根據(jù)圖丙通過小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關(guān)系，當(dāng)燈的電壓為2.5V時，通過燈的電流為0.2A，
該小燈泡正常發(fā)光時的額定功率為：
P=UI=2.54V×0.2A=0.5W；
②小燈泡燈絲的電阻是變化的，主要是受溫度變化的影響．
在上面的分析基礎(chǔ)上步驟如下：
①只閉合開關(guān)S₁，移動滑片P，直到電流表示數(shù)為0.2A；
②只閉合S₂，保持滑片P不動，記錄電流表的示數(shù)I；
在①中，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(guān)系沒有改變，各用電器的電壓不變，所以通過燈的電流仍為0.2A，所以在②中，通過待測電阻的電流大小為I′=I-0.2A，所以待測電阻：
R_x=$\frac{{U}_{L}}{I′}$=$\frac{2.5V}{I-0.2A}$．
故答案為：（1）B；（2）如上圖所示；
（3）A；（4）燈泡斷路；
（5）2.2；B；（6）①0.5；②溫度；
（7）①只閉合S₁，移動滑片P，直到電流表示數(shù)為0.2A；
②只閉合S₂，保持滑片P不動，記下電流表示數(shù)為I；
③$\frac{2.5V}{I-0.2A}$．

點評 本題測燈的額定功率，考查器材的選擇、電路的連接、注意事項、故障分析、操作過程、額定功率的計算及影響電阻大小的因素，同時也考查了設(shè)計測電阻實驗方案的能力，綜合性強，有一定難度．