Question

2．小宇做測量小燈泡電功率的實驗（小燈泡標有“3.8V”字樣）．
（1）如圖1所示，他所連接的實驗電路存在錯誤，但只需改動一根導線，即可使電路連接正確，請你在應改動的導線上打“×”，并用筆畫線代替導線，畫出正確的接法．
（2）電路連接正確后，閉合開關，記錄的部分實驗數(shù)據和現(xiàn)象如表所示．分析表中實驗數(shù)據可知：第1次實驗中，小燈泡不發(fā)光的原因是滑動變阻器連入電路電阻較大；第4次實驗中，小燈泡不發(fā)光的原因是燈絲被燒斷，所用電源電壓為6V．在多次測量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當電壓表的示數(shù)增大時，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大．（選填“變大”、“變小”或“不變”）
（3）由于小宇粗心大意，沒有記錄燈泡正常發(fā)光時電流表的示數(shù)，于是他根據第一次實驗數(shù)據計算出燈泡電阻：R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{0.5V}{0.1A}$=5Ω，再計算出燈泡的額定電流I═$\frac{{U}_{1}}{R}$=$\frac{3.8V}{5Ω}$=0.76A，功率：P=UI=3.8V×0.76A=2.888W．請你對小宇計算額定功率的方法作出評價：小燈泡的額定功率小于（選填“大于”“等于”或“小于”）2.888W，理由是燈絲的電阻隨溫度升高而變大．
（4）燈泡的功率測量完畢，小宇用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究電流跟電阻的關系，得到如圖2所示的電流I隨電阻R變化的圖象，實驗室有滑動變阻器三只：R₁（20Ω  0.5A）、R₂（50Ω  0.5A）、R₃（500Ω  1A）．則小宇應選用滑動變阻器R₂（選填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．若某次實驗中滑動變阻器邊入的阻值為14Ω，則所選定值電阻的阻值為10Ω．

實驗次數(shù)	電壓表示數(shù)/V	電流表示數(shù)/A	燈泡亮度
1	0.5	0.1	不發(fā)光
2	2.0	0.25	發(fā)光較暗
3	3.8		正常發(fā)光
4	6.0	0	不發(fā)光

Answer 1

分析 （1）實物連接圖中找錯誤之處，主要從電壓表、電流表、滑動變阻器的正確使用上考慮：從電流表、電壓表的量程、連接方式、正負接線柱的接入方法上考慮，從滑動變阻器選擇一上一下接線柱上考慮；（2）第1次實驗燈泡不發(fā)光，電流表有示數(shù)，但是太小，電路電流小，電路總電阻太大，滑動變阻器連入電路的阻值太大；第4次實驗中，由于燈泡兩端的電壓過大，燈絲被燒斷，故燈泡不發(fā)光；
（3）燈泡電壓增大，燈泡亮度增大，燈絲溫度升高，燈絲電阻隨電壓的增大而增大，正常發(fā)光時的電阻大于第一次實驗時的燈絲電阻；
（4）在探究電流與電阻的關系時，要改變接入電路的電阻阻值大小，但不同阻值的電阻兩端電壓不變；串聯(lián)電路中用電器兩端電壓與其阻值成正比，由圖象可得電阻兩端電壓，已知電源電壓和電阻兩端電壓，可以得到滑動變阻器兩端電壓，根據串聯(lián)電路用電器兩端電壓與電阻的對應關系，得到定值電阻的阻值．

解答 解：（1）經分析，滑動變阻器都選擇下面兩個接線柱串聯(lián)在電路中，在電路中相當于一個定值電阻，不能起到改變燈泡電壓的作用．滑動變阻器要選擇一上一下接線柱．改正如圖：

（2）第1次實驗燈泡不發(fā)光，是因為滑動變阻器連入電路電阻較大，使電路總電阻較大，電路電流很小，燈泡實際功率過小，不能使燈泡發(fā)光；
第4次實驗中，由于燈泡兩端的電壓過大，燈絲被燒斷，故燈泡不發(fā)光；此時電壓表串聯(lián)在電路中測電源電壓，所以電源電壓為6V；由于燈絲的電阻隨溫度的升高而變大，故當電壓表的示數(shù)增大時，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大；
（3）燈泡電壓增大，燈泡亮度增大，燈絲溫度升高，燈絲電阻隨電壓的增大而增大，正常發(fā)光時的電阻大于第一次實驗時的燈絲電阻，即：R＞5Ω．故燈泡的額定電流應小于0.76A，因而小燈泡的額定功率
應小于2.888W；
（4）①由圖象知，不同阻值的電阻兩端電壓U=IR=0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=2.5V，
假設選擇25Ω的定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，根據串聯(lián)分壓的特點得：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，要保持定值電阻兩端電壓為2.5V不變，滑動變阻器接入電路的電阻為35Ω，故滑動變阻器R₁不符合要求；
由于R₃最大阻值遠大于R₂最大阻值，當R₃的滑片移動較小距離，阻值變化較大，不便于操作，因而滑動變阻器R₃也不符合要求；所以滑動變阻器選擇“50Ω 0.5A”，即選擇滑動變阻器R₂；
②滑動變阻器兩端電壓為U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V
由串聯(lián)電路的分壓原理得：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，代入數(shù)值得$\frac{2.5V}{3.5V}$=$\frac{R}{14Ω}$，
解得R=10Ω，即選擇的定值電阻阻值為10Ω．
故答案為：（1）如上圖；（2）滑動變阻器連入電路電阻較大；燈絲被燒斷；6；變大；（3）小于；燈絲的電阻隨溫度升高而變大；（4）R₂；10．

點評 本題測定燈的電功率，考查常見故障的分析、操作過程、功率的計算、影響電阻大小的因素和器材的選擇等知識，綜合性強，有一定難度．