Question

17．在測量小燈泡電功率的實驗中，電源電壓為4.5V，小燈泡的額定電壓為2.5V，小燈泡正常發(fā)光時的電阻約為10Ω，滑動交阻器上標有“20Ω1A”字樣，如圖甲是小聰同學(xué)沒有連接完的實物電路．
（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實物電路連接完整．要求：當(dāng)滑動變阻器的滑片向左移動時，連入電路的電阻變大；連線不得交叉．
（2）實驗中，小聰同學(xué)連接好電路后，閉合開關(guān)，移動滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，則故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）小聰同學(xué)閉合開關(guān)，移動滑片P到某一位置時，電壓表示數(shù)（如圖乙所示）為2.2V，若他想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖甲中滑動交阻器的滑片P向D（選填：“C”或“D”）端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
（4）小聰同學(xué)繼續(xù)移動滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的I一U關(guān)系圖象，根據(jù)圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W．還可以知道燈泡的電阻是變化的，這是因為導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象在生活中也有體現(xiàn)，例如家里的白熾燈在剛開燈的瞬間，燈絲容易燒斷（選填“容易”或“不容易”）．
（5）空閑之余，小川換用另一個未知電壓的新電源又做了幾次實驗，將小燈泡換成不同的電阻，保持滑動變阻器的滑片在某一個位置不變，得到了如表中的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)后有了新的發(fā)現(xiàn)：可將電流表改成直接讀出電阻值的歐姆表，請你幫他刻出0.10A處標為50Ω．

次數(shù)	1	2	3	4	5
電阻R/Ω	5	10	15	20
電流I/A	0.40	0.30	0.24	0.20	0.10

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡正常發(fā)光時的電流確定電流表量程，根據(jù)題目要求確定滑動變阻器的接法，把電流表、滑動變阻器串聯(lián)接入電路．
（2）燈始終不亮，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，電壓表有示數(shù)，則與電壓表并聯(lián)的電路斷路；
（3）由圖示電壓表確定其量程與分度值，讀出電壓表示數(shù)，根據(jù)電壓表示數(shù)與燈泡額定電壓間的關(guān)系，根據(jù)電路圖確定滑片的移動方向．
（4）由圖象求出燈泡額定電壓對應(yīng)的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率；
燈絲的電阻與溫度有關(guān)，燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
開燈瞬間燈絲溫度低，電阻小，根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$判斷出開燈瞬間電功率的大小，得出結(jié)論；
（5）根據(jù)表格中任意兩組數(shù)據(jù)，利用歐姆定律及串聯(lián)電路的電壓特點列出關(guān)系式，計算出滑動變阻器的阻值及電源電壓；
根據(jù)電流值、電源電壓計算出總電阻，減去變阻器的電阻，即可得電阻的阻值．

解答 解：（1）將電流表與燈泡串聯(lián)，燈泡正常發(fā)光時電流大約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以電流表選用0～0.6A的量程；
將滑動變阻器串聯(lián)在電路中，滑片向左移動時，連入電路的電阻變大，則變阻器的下面應(yīng)連接右邊的接線柱，如圖所示：

（2）燈始終不亮，電流表無示數(shù)，說明電路斷路，電壓表有示數(shù)，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路；
（3）由圖乙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，低于燈泡的額定電壓，所以應(yīng)減小滑動變阻器的阻值，將滑片向右即D端滑動，直到電壓表的示數(shù)為2.5V；
（4）由圖丙可知，當(dāng)U=2.5V時，I=0.2A，所以額定電功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
導(dǎo)體的電阻與溫度有關(guān)，而燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，剛開燈的瞬間，燈絲的溫度很低，電阻小，所以電流較大，由P=UI可知，此時電功率很大，容易燒壞燈泡；
（5）由表格中數(shù)據(jù)知：I₁R_滑+I₁R₁=I₂R_滑+I₂R₂，代入數(shù)據(jù)可知：
0.4A×R_滑+0.4A×5Ω=0.3A×R_滑+0.3A×10Ω
解得：R_滑=10Ω；
電源電壓U=0.4A×10Ω+0.4A×5Ω=6V
滑動變阻器的阻值不變，當(dāng)I=0.10A時，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.10A}$=60Ω；
則定值電阻的阻值：R=R_總-R_滑=60Ω-10Ω=50Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）2.2；D；（4）0.5；溫度；容易；（5）50．

點評 本題是測量燈泡額定功率的實驗，對于該實驗，首先要掌握其測量原理、相關(guān)電路圖，有關(guān)實物電路的連接、電路故障的分析，是電學(xué)實驗常考的問題．（4）小問是該題的難點，能夠根據(jù)表格中數(shù)據(jù)得出電源電壓和變阻器的阻值是解決問題的關(guān)鍵．