Question

2．如圖甲所示，是小明組做“測(cè)定小燈泡額定電功率”實(shí)驗(yàn)的電路，電源電壓為6V．已知小燈泡正常工作時(shí)的電壓為2.5V，正常發(fā)光時(shí)燈絲的電阻約為10Ω．

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線把未連接完的實(shí)物電路連接成正確的完整電路（要求：導(dǎo)線不交叉）．
（2）閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于B（選填“A”或“B”）端．實(shí)驗(yàn)室有三種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器，分別是甲：“10Ω 1A”、“20Ω 0.5A”、丙：“50Ω 0.2A”，為了能完成實(shí)驗(yàn)，則小明應(yīng)選用乙（選填“甲”、“乙”或“丙”）．
（3）正確連接電路后，閉合開關(guān)，小明觀察到燈泡不亮，電流表的指針幾乎不偏轉(zhuǎn)，電壓表的指針偏轉(zhuǎn)情況為偏轉(zhuǎn)過大，小明隨機(jī)斷開開關(guān)，經(jīng)老師檢查發(fā)現(xiàn)燈絲斷了．
（4）小明更換相同規(guī)格燈泡，排除故障后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片在某一位置時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為了使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)將滑片向左（選填“左”或“右”）回答；小明進(jìn)一步測(cè)量并描繪出小燈泡的電流隨電壓變化的曲線如圖丙所示，通過圖象可知：小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電功率為0.75W．
（5）他們繼續(xù)用如圖甲所示的裝置來探究“電流與電壓的關(guān)系”．首先用5Ω的電阻替換小燈泡連入電路，然后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器依次測(cè)得數(shù)據(jù)如表一所示．由表一可歸納出的結(jié)論：電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與其兩端電壓成正比．
接著他們探究“電流與電阻的關(guān)系”．其操作步驟是：分別把5Ω、10Ω和15Ω的電阻替換小燈泡連入電路，閉合開關(guān)后，就立即記錄電流表的示數(shù)，如表二所示．由表二中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過導(dǎo)體的電流跟它的電阻不成反比，其原因是：沒有控制電阻兩端電壓不變．
表一

次數(shù)	電阻=5Ω
	電壓U/V	電流I/A
1	1.0	0.2
2	1.5	0.3
3	2.0	0.4

表二

次數(shù)	電阻R/Ω	電流I/A
1	5	0.27
2	10	0.20
3	15	0.16

Answer 1

分析 （1）電流表應(yīng)與被測(cè)電路串聯(lián)，根據(jù)題意，計(jì)算小燈泡正常工作時(shí)的電流，據(jù)此選擇電流表應(yīng)選的量程；
（2）為保護(hù)電路，滑片應(yīng)置于最大阻值處；由于變阻器與燈泡串聯(lián)，可計(jì)算燈泡正常工作時(shí)，變阻器應(yīng)分擔(dān)的電壓，利用串聯(lián)電路的特點(diǎn)計(jì)算變阻器須提供的最小電阻，據(jù)此選擇合適的變阻器；
（3）正確連接電路后，閉合開關(guān)，小明觀察到燈泡不亮，電流表的指針幾乎不偏轉(zhuǎn)，表明電路不存在短路，分析斷路的用電器，判斷電壓表的示數(shù)；
（4）小燈泡正常發(fā)光時(shí)，其實(shí)際電壓應(yīng)等于額定電壓，當(dāng)變阻器接入電路中的電阻越大時(shí)，其分得的電壓也越多，據(jù)此分析，并根據(jù)P=UI計(jì)算電功率；
（5）根據(jù)控制變量法，分析表中數(shù)據(jù)，歸納結(jié)論；
（6）分析表中數(shù)據(jù)，根據(jù)本實(shí)驗(yàn)所采用的方法，查找原因．

解答 解：（1）電流表應(yīng)與被測(cè)電路串聯(lián)，根據(jù)題意，小燈泡正常工作時(shí)的電壓為2.5V，電壓表選用0-3V量程，正常工作時(shí)的電流大約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＜0.6A，應(yīng)選用0-0.6A量程，如圖1所示；

（2）為防止電路中電流過大損壞電路設(shè)備，在開關(guān)閉合前，應(yīng)將滑片滑至最大阻值處，即B端；當(dāng)小燈泡正常工作時(shí)，其兩端電壓U燈=2.5V，由乙可知，電路中的電流應(yīng)為I=0.3A變阻器接入電路中的阻值：R=$\frac{U-{U}_{燈}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.3A}$≈11.7Ω＞10Ω，應(yīng)采用“20Ω 0.5A”變阻器；
（3）正確連接電路后，閉合開關(guān)，小明觀察到燈泡不亮，電流表的指針幾乎不偏轉(zhuǎn)，表明電路中電流很小，即不存在短路，電流表的正負(fù)接線柱與電源的正極可以連通，因此應(yīng)為燈泡斷路，電壓表與電路串聯(lián)了，可知，電壓表的示數(shù)會(huì)接近電源電壓，即指針偏轉(zhuǎn)角度大；
（4）由題可知，使燈泡正常發(fā)光，其兩端電壓應(yīng)達(dá)到2.5V，電壓表所用量程為0-3V，由乙圖可讀出示數(shù)為2.2V＜2.5V，由于變阻器與燈泡串聯(lián)，因此要減小變阻器接入電路中的電阻，使變阻器兩端電壓減小，從而增大燈泡兩端電壓，即滑片應(yīng)用左移動(dòng)；由丙圖可知，當(dāng)燈泡兩端電壓為U=2.5V時(shí)，其電流為I=0.3A，可得燈泡正常發(fā)光的電功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（5）由表一數(shù)據(jù)可知，在電阻一定時(shí)，$\frac{U}{I}$的值不變，可得：在電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比；影響電流大小的因素有電壓和電阻，在研究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，根據(jù)控制變量法，應(yīng)控制導(dǎo)體兩端電壓不變，由表二可知，該實(shí)驗(yàn)沒有控制導(dǎo)體兩端電壓不變．
故答案為：（1）如圖1；（2）B；乙；（3）偏轉(zhuǎn)過大；（4）左；0.75；（5）在電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流與其兩端電壓成正比；沒有控制電阻兩端電壓不變．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)延伸做了探究電流與電壓、電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，要理解串聯(lián)電路的特點(diǎn)，熟悉各器材的作用和使用．