Question

19．在“測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻”的實驗中，小剛同學用一個電壓表、一個電流表、一個開關(guān)、一個滑動變阻器、電壓為4.5V的電源和額定電壓為3.8V的小燈泡，設(shè)計了如圖甲所示的電路．

（1）請你用筆畫線代替導線，按照所示電路圖，幫小剛將圖乙中缺少的二根導線補充連接完整（滑片向左移燈變亮）
（2）連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開，閉合開關(guān)前滑片P應(yīng)位于最右端（選填“左”或者“右”）．
（3）連好電路閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈不亮，電壓表有示數(shù)、電流表無示數(shù)，則故障可能是燈泡斷路．
（4）正確連接好電路后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，當小燈泡正常發(fā)光時，電流表指針如圖丙所示，此燈泡的額定功率為1.14W．
（5）小剛想在上述實驗的基礎(chǔ)上，進一步研究“一段電路中的電流跟電路兩端電壓的關(guān)系”，獲得多組燈泡兩端電壓和電流的數(shù)據(jù)之后，發(fā)現(xiàn)電流與電壓不成正比，請指出他的實驗方法的不合理之處燈絲電阻隨溫度的變化而變化（或無法控制小燈泡電阻不變）．
（6）上列圖中有關(guān)此小燈泡功率P與U²或P與I²的圖象可能正確的是丁圖中B．

Answer 1

分析 （1）本實驗中滑動變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)接入電路中，電壓表與燈泡并聯(lián)，根據(jù)燈泡的額定電壓確定其量程；
（2）連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器的滑片應(yīng)位于最大值處；
（3）電壓表有示數(shù)說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，燈泡不亮、電流表無示數(shù)說明電路某一處出現(xiàn)斷路，由此分析故障原因；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出通過未知電阻的電流，由P=UI計算額定功率；
（5）研究“一段電路中的電流跟電路兩端電壓的關(guān)系”時，應(yīng)控制電阻的阻值不變，而燈泡的電阻會隨溫度的變化而變化；
（6）根據(jù)公式P=I²R分析P與I²的圖象，根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析P與U²的圖象．其中電阻R隨溫度的升高而增大．

解答 解：
（1）由圖甲知，滑動變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)接入電路中，且滑片向右滑阻值變大，所以應(yīng)將左下接線柱接入電路中；電壓表與燈泡并聯(lián)，因為燈泡額定電壓為3.8V，所以電壓表應(yīng)使用0-15V量程，實物連接如圖所示：

（2）為了保護電路，連接電路時開關(guān)應(yīng)斷開，由圖知，閉合開關(guān)時，應(yīng)將滑動變阻器的滑片置于最大值右端；
（3）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路中有斷路，電壓表有示數(shù)說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，說明電壓表并聯(lián)部分斷路，即小燈泡可能斷路了；
（4）由丙圖知，電流表使用的是0～0.6A量程，分度值0.02A，所以燈泡正常發(fā)光時的電流為0.3A，
所以燈泡的額定功率為：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（5）燈泡的電阻與溫度有關(guān)，研究“一段電路中的電流跟電路兩端電壓的關(guān)系”時，無法控制小燈泡電阻不變，故得不出電流與電壓成正比的結(jié)論；
（6）在A和B的P-U²圖象中，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，圖象上某點與原點連線的斜率為電阻倒數(shù)$\frac{1}{R}$，因隨溫度的升高R增大，因而$\frac{1}{R}$應(yīng)減小，故A錯誤，B正確；
在C和D的P-I²圖象中，由P=I²R可知，圖象上某點與原點連線的斜率為電阻R，而電阻R又隨溫度的升高而增大，故CD錯誤．
故答案為：（1）實物電路如上圖；
（2）斷開；  右；
（3）燈泡斷路；
（4）1.14； （5）燈絲電阻隨溫度的變化而變化 （或無法控制小燈泡電阻不變）；   （6）B．

點評 本題考查了實物圖的連接、電路故障的判斷、電流表的讀數(shù)以及電功率的簡單計算等．知道探究電流與電壓關(guān)系時應(yīng)控制電阻的阻值不變和知道燈泡的電阻與溫度有關(guān)；注意學會從數(shù)學函數(shù)的角度分析物理圖象問題，并區(qū)分曲線上某點與原點連線的斜率和曲線的切線的斜率含義的不同．