Question

18．在“測(cè)定小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，選用如圖甲所示的電路，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）．

（1）為了能夠順利完成實(shí)驗(yàn)探究，下列兩種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用B
A．“10Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器  B．“50Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器
（2）用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖所示的實(shí)物電路連接完整．
（3）閉合開(kāi)關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片滑動(dòng)A（選填“A”或“B”）端．
（4）閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)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(wú)示數(shù)，若電路中只有一處故障，則故障原因可能是小燈泡斷路．
（5）排除故障后，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)是2.2V；為了測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向B選填“A”或“B”）端移動(dòng)．
（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，繪制出小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖丙所示）．分析圖象可知：
①小燈泡的額定功率為0.625W．
②小燈泡燈絲電阻是變化的，主要是受溫度變化的影響．
③實(shí)驗(yàn)中觀察到：當(dāng)小燈泡兩端的電壓低于0.5V時(shí)，小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡的實(shí)際功率太小，達(dá)不到發(fā)光功率．
（7）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明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(jì)出了一個(gè)測(cè)未知定值電阻的電路，如圖丁所示．請(qǐng)根據(jù)電路圖寫(xiě)出測(cè)量的實(shí)驗(yàn)步驟：
①開(kāi)關(guān)S₁閉合，S₂斷開(kāi)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；
②開(kāi)關(guān)S₁斷開(kāi)，S₂閉合，保持滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I；
 表達(dá)式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$（用測(cè)量的物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算燈泡正常發(fā)光時(shí)變阻器連入的阻值，從而確定變阻器的規(guī)格；
（2）由（1）知小燈泡的額定電流，進(jìn)而選擇電流表的量程，電流表要串聯(lián)在電路中；
（3）閉合開(kāi)關(guān)前，為了保護(hù)電路，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)位于阻值最大處；
（4）小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路中有斷路，再根據(jù)電壓表的示數(shù)判斷出電路故障；
（5）電壓表測(cè)燈泡電壓，讀出電壓表示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律判斷滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)方向；
（6）①由圖象讀出燈泡電壓為2.5V時(shí)的電流，由P=UI計(jì)算其額定功率；
②燈泡的燈絲會(huì)隨溫度的變化而改變，這是造成電流與電壓不成正比的原因．
③小燈泡的亮度是由實(shí)際功率決定的，實(shí)際功率越大，燈泡越亮；
（7）要測(cè)量未知定值電阻，需測(cè)量出未知定值電阻的電壓和電流，應(yīng)用并聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律求出通過(guò)未知定值電阻的電流，
然后應(yīng)用歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$計(jì)算電阻，結(jié)合電路圖確定實(shí)驗(yàn)步驟．

解答 解：（1）測(cè)量小燈泡的電功率實(shí)驗(yàn)中，小燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，電流表測(cè)電路中電流；
由題知燈泡正常發(fā)光時(shí)電路中電流約為：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，
滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
由歐姆定律得，此時(shí)變阻器連入阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.21A}$≈16.7Ω＞10Ω，
所以應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為50Ω 0.5A；
（2）由（1）可知，小燈泡的額定電流大約為0.21A＜0.6A，所以電流表選擇0～0.6A量程，
故將電流表的“0.6”接線柱與燈泡的左接線柱連接，如圖所示：

（3）閉合開(kāi)關(guān)前，為了保護(hù)電路，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)位于阻值最大處，
由圖甲可知，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片滑動(dòng)A端．
（4）閉合開(kāi)關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路中存在斷路；
電壓表有示數(shù)，電壓表兩接線柱與電源兩極相連通，由此說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的小燈泡斷路．
（5）由圖乙可知，電壓表選擇的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，
由于此時(shí)電壓表的示數(shù)小于燈泡的額定電壓，要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)使小燈泡兩端的電壓增大到2.5V，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻應(yīng)減小，故應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向B端移動(dòng)．
（6）①由圖丙可知，當(dāng)小燈泡兩端的電壓U=2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流I=0.25A，
則小燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W，
②圖線彎曲說(shuō)明燈泡的電阻值是變化的，不是定值，這是因?yàn)殡妷涸酱�，通過(guò)燈的電流越大，燈泡的實(shí)際功率越大，燈絲溫度越高，電阻越大．
③當(dāng)小燈泡兩端的電壓低于0.5V時(shí)，通過(guò)小燈泡的電流小于0.1A，根據(jù)P=UI可知，小燈泡的實(shí)際功率太小，達(dá)不到燈泡的發(fā)光功率．
（7）電阻的計(jì)算公式R=$\frac{U}{I}$，所以需要找出電阻兩端電壓，通過(guò)電阻的電流，結(jié)合圖丙和圖丁可得步驟如下：
①開(kāi)關(guān)S₁閉合，S₂斷開(kāi)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；
②開(kāi)關(guān)S₁斷開(kāi)，S₂閉合，保持滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I；
根據(jù)圖丙可知，當(dāng)通過(guò)燈泡電流為0.25A時(shí)，燈泡兩端電壓U=2.5V，
根據(jù)并聯(lián)電壓規(guī)律可知，U_x=U_燈=2.5V，
當(dāng)開(kāi)關(guān)S₁斷開(kāi)，S₂閉合時(shí)，電流表測(cè)總電流，根據(jù)并聯(lián)電流規(guī)律可知：I_x=I-0.25A，
由I=$\frac{U}{R}$得，未知定值電阻的阻值：Rx=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．
故答案為：（1）B；（2）見(jiàn)上圖；（3）A；（4）小燈泡斷路；（5）2.2；B；
（6）①0.625； ②溫度；③小燈泡實(shí)際功率過(guò)小，達(dá)不到發(fā)光功率；
（7）①開(kāi)關(guān)S₁閉合，S₂斷開(kāi)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；
②開(kāi)關(guān)S₁斷開(kāi)，S₂閉合，保持滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I；
 $\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

點(diǎn)評(píng) 此題是測(cè)定小燈泡的電功率的實(shí)驗(yàn)，考查了滑動(dòng)變阻器的選擇、電路基本操作、電路連接、故障分析、電壓表讀數(shù)、電功率計(jì)算、實(shí)際功率、電路設(shè)計(jì)等知識(shí)點(diǎn)，涉及到的知識(shí)點(diǎn)很多，綜合性很強(qiáng)，尤其是第（7）問(wèn)難度較大．