Question

20．實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買(mǎi)了一批規(guī)格為“2.5V  0.8W”的小燈泡，小明同學(xué)利用其中一只小燈泡做測(cè)量電功率的實(shí)驗(yàn)，他設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路圖．實(shí)驗(yàn)中各元件完好，電源電壓保持不變．

（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將圖乙所示的實(shí)物電路連接完整（要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈泡變暗，連接導(dǎo)線不能交叉）．
（2）小明調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片得到了三組電壓和電流的數(shù)據(jù)，填入他自己設(shè)計(jì)的表格．

次數(shù)	電壓U/V	電流I/A	電功率P/W	平均電功率P′/W
1	2	0.34
2	2.5	0.4
3	3	0.44

①請(qǐng)指出這個(gè)表格設(shè)計(jì)不合理的地方表中設(shè)計(jì)了平均電功率．
②小明操作規(guī)范讀數(shù)正確，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，當(dāng)小燈泡兩端電壓為2.5V時(shí)，求得小燈泡的電功率為1W，故小明認(rèn)為該小燈泡不合格，他判斷的理由是額定電壓下小燈泡消耗的功率大于額定功率0.8W．
③假如生產(chǎn)這種小燈泡鎢絲的粗細(xì)是一定的，則這個(gè)小燈泡不合格的原因是鎢絲的長(zhǎng)度小于 （選填“大于”或“小于”）合格產(chǎn)品小燈泡鎢絲的長(zhǎng)度．
（3）小明還想探究電流與電阻的關(guān)系，于是將甲圖中的小燈泡換成電阻，當(dāng)電阻阻值是2Ω時(shí)，電流表示數(shù)為1A；要使電流表示數(shù)是0.5A，應(yīng)將2Ω的電阻更換為4Ω的電阻；多次測(cè)量后作出的I-R圖象是圖中的D．

Answer 1

分析 （1）由滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈泡變暗，確定變阻器接線柱的接法；
（2）①小燈泡的電壓不同，對(duì)應(yīng)的電功率不同，電功率不是一定值，取平均值沒(méi)有意義；②根據(jù)P=UI求功率；③根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$和影響電阻大小的因素回答；
（3）探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電阻的電壓不變，根據(jù)歐姆定律解答；燈絲的電阻隨溫度（電流）的變化而變化，電壓與對(duì)應(yīng)的電流不成正比，據(jù)此作答．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈泡變暗，說(shuō)明變阻器連入電路中的電阻，故應(yīng)將變阻器滑片以左電阻連入電路增大，如圖所示：

（2）小燈泡的電壓不同，對(duì)應(yīng)的電功率不同，電功率不是一定值，取平均值沒(méi)有意義，所以，這個(gè)表格設(shè)計(jì)不合理的地方是表中設(shè)計(jì)了平均電功率；
Ⅱ由表中數(shù)據(jù)知，當(dāng)電壓為2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為0.4A，
燈的功率P=UI=2.5V×0.4A=1W＞0.8W，額定電壓下小燈泡消耗的功率大，小明認(rèn)為該小燈泡不合格，他判斷的理由是額定電壓下小燈泡消耗的功率大于額定功率0.8W；
根據(jù)據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，在額定電壓不變的情況 下，電功率變大，是因?yàn)闊艚z的電阻變小導(dǎo)致的，又根據(jù)影響電阻大小的因素，在鎢絲的粗細(xì)是一定的情況下，燈絲的電阻變小是因?yàn)殒u絲的長(zhǎng)度變小所致，故這個(gè)小燈泡不合格的原因是鎢絲的長(zhǎng)度 小于合格產(chǎn)品小燈泡鎢絲的長(zhǎng)度；
（3）當(dāng)電阻阻值是2Ω時(shí)，電流表示數(shù)為1A，根據(jù)歐姆定律，易知此時(shí)電阻的電壓為2V，因探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，應(yīng)保持電阻的電壓不變，所以，要使電流表示數(shù)是0.5A，應(yīng)將2Ω的電阻更換為阻值R′=$\frac{U}{I'}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω的電阻；
因燈絲的電阻隨溫度（電流）的變化而變化，不是一個(gè)定值，即電壓與對(duì)應(yīng)的電流不成正比，所以電阻隨電流的變化應(yīng)為一曲線，在上面的四個(gè)選項(xiàng)，只有D正確，
故答案為：（1）如上圖所示；（2）①表中設(shè)計(jì)了平均電功率；②1；額定電壓下小燈泡消耗的功率大于額定功率0.8W；③小于；（3）4；D．

點(diǎn)評(píng) 本題運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，考查電路的連接、對(duì)電功率的理解、影響電阻大小的因素等知識(shí)，并體現(xiàn)了數(shù)學(xué)知識(shí)在物理中的應(yīng)用．