Question

20．如圖甲是小明和同學(xué)做“測定小燈泡額定電功率”實驗的電路，電源電壓為6V，已知小燈泡正常工作時的電壓為2.5V，正常發(fā)光時燈絲的電阻約為10Ω．

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線把未連接完的實物電路連接成正確的完整電路（要求：導(dǎo)線不交叉且滑動變阻器滑片向右移動燈泡變亮）．
（2）若實驗室有三種規(guī)格的滑動變阻器，分別是甲“10Ω 1A”、乙“20Ω 0.5A”、丙“50Ω 0.2A”，則小明應(yīng)選用乙（選填“甲”、“乙”或“丙”）．（3）若閉合開關(guān)，燈炮不亮，經(jīng)檢查燈絲斷了，則電流表指針偏轉(zhuǎn)情況是無偏轉(zhuǎn)；電壓表指針偏轉(zhuǎn)情況是超滿偏，電壓表燒壞．
（4）更換相同規(guī)格燈泡后，當(dāng)滑動變阻器的滑片在某一位置時，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為了使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)將滑片向右（選填“左”或“右”）移動；小明進(jìn)一步測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)光時的電功率為0.75W．
（5）另一位同學(xué)在連接好電路后，閉合開關(guān)，在移動滑動變阻器滑片P的過程中發(fā)現(xiàn)：燈泡變亮?xí)r電壓表示數(shù)變小；燈泡變暗時，電壓表示數(shù)變大．經(jīng)檢查所用器材完好，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是電壓表與滑動變阻器并聯(lián)了．（6）他們繼續(xù)用上圖所示裝置來探究“電流與電壓的關(guān)系”．其操作步驟是分別把5Ω、10Ω、15Ω的電阻接入原小燈泡的位置，立即閉合開關(guān)記錄讀數(shù)如表所示．由表中的實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過導(dǎo)體的電流跟它的電阻不成反比，其原因可能是遺漏了重要的操作步驟，此步驟是：調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使定值電阻兩端電壓不變．

次數(shù)	電阻R/Ω	電流I/A
1	5	0.24
2	10	0.20
3	15	0.16

Answer 1

分析 （1）本實驗中，電流表、燈泡、滑動變阻器應(yīng)串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在燈的兩端，滑片向右移動燈泡變亮，由此確定變阻器的接線柱；
（2）計算出燈泡正常發(fā)光時電路中的電流，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律，求出滑動變阻器連入的電阻值，結(jié)合變阻器允許通過的最大電流確定變阻器的規(guī)格；
（3）若燈絲斷了，電壓表串聯(lián)在電路中，根據(jù)歐姆定律和分壓原理確定電流大小和電壓表示數(shù)大��；
（4）根據(jù)圖乙讀出電壓表的示數(shù)，比較電壓表示與燈的額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定滑片移動的方向；根據(jù)圖丙確定電壓為2.5V時的電流，由P=UI計算出電功率的值；
（5）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和及歐姆定律進(jìn)行分析作答；
（6）探究電流跟電阻的關(guān)系時，應(yīng)控制不同的電阻的電壓不變；

解答 解：（1）測定小燈泡額定電功率實驗中，電流表、燈泡、滑動變阻器應(yīng)串聯(lián)，電壓表并聯(lián)在燈的兩端，滑片向右移動燈泡變亮，說明電路中電流變大，變阻器連入阻值減小，應(yīng)將B接線柱接入電路，如圖所示：

（2）由串聯(lián)電路電壓的特點，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時，變阻器兩端的電壓U_滑=6V-2.5V=3.5V；燈的額定電流大約為
I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＞0.2A，此時滑動變阻器連入電路的電阻應(yīng)為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；綜合考慮變阻器的最大 值及允許通過的最大電流，應(yīng)選用乙“20Ω 0.5A”變阻器；
（3）若燈絲斷了，則電壓表串聯(lián)在電路中，因電壓表內(nèi)阻很大，根據(jù)歐姆定律，則電路中幾乎無電流；因電壓表內(nèi)阻選大于變阻器的電阻，根據(jù)分壓原理，電壓表兩端的電壓接近電源電壓6V，超過電壓表量程0-3V，燒壞電壓表；
（4）由圖乙所示，因電壓表選用小量程，分度值為0.1V，燈泡兩端的電壓等于2.2V，低于額定電壓，要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)增大燈的電壓而減小滑動變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，即將滑片向右端滑動；由圖丙知，當(dāng)U=2.5V時，電流I=0.3A，所以燈的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（5）燈泡變亮，說明電流變大，此時燈泡兩端的電壓變大，由串聯(lián)電路電壓規(guī)律，滑動變阻器兩端的電壓變小，因電壓表的示數(shù)變小，說明電壓表與滑動變阻器并聯(lián)了；
（6）探究電流跟電阻關(guān)系時，要保持不同定值電阻的電壓不變．實驗時，分別把10Ω、15Ω電阻接入原燈泡位置，立即閉合開關(guān)，原燈泡位置接入的電阻越大，根據(jù)分壓原理，分的電壓越大，沒有保持電阻兩端的電壓不變，所以得到電流跟電阻不成反比；實驗時，應(yīng)該把5Ω、10Ω、15Ω電阻接入原燈泡位置時，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使定值電阻兩端電壓相等．
故答案為：（1）見上圖；
（2）乙；
（3）無偏轉(zhuǎn)；超滿偏，電壓表燒壞；
（4）右；0.75；
（5）電壓表與滑動變阻器并聯(lián)了；
（6）調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使定值電阻兩端的電壓相等．

點評 本題測定小燈泡額定電功率，考查電路的連接、器材的選擇、反�，F(xiàn)象的判斷、操作過程，額定功率的計算及控制變量法的運用等知識，綜合性較強．