Question

11．小紅在測(cè)量小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)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(shí)的電阻約為10Ω．

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物電路連接完整．要求：當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，連入電路的電阻變大；連線不得交叉．
（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，小紅正確連接電路并檢查無(wú)誤后，閉合開關(guān)，但她發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，于是立刻舉手要求老師更換燈泡，其實(shí)小紅的做法是欠妥的，她正確的做法應(yīng)該是移動(dòng)滑片看燈泡是否發(fā)光．
A．更換小燈泡  B．檢查電路是否斷路  C．移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光
（3）小宇同學(xué)閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P到某一位置時(shí)，電壓表示數(shù)（如圖乙所示）為2.2V，若他想測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖甲中滑動(dòng)變阻器的滑片P向B（選填“A”或“B”）端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
（4）小宇同學(xué)繼續(xù)移動(dòng)滑片P，記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的I-U關(guān)系圖象，根據(jù)圖象信息，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.5W，還可以得出：小燈泡的實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）．從圖象還可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)小燈泡的電流與其兩端電壓不成正比，造成這種現(xiàn)象的原因是小燈泡燈絲電阻受溫度影響．
（5）小葉同學(xué)按同一電路連接好最后一根導(dǎo)線，燈泡立即發(fā)出明亮耀眼的光，并很快熄滅，檢查后發(fā)現(xiàn)連線正確，請(qǐng)你找出她在實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)操作不當(dāng)之處是：
①連接電路時(shí)開關(guān)沒有斷開；
②閉合開關(guān)前，沒有將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)到阻值最大的位置．
（6）小芳同學(xué)正確連接實(shí)驗(yàn)電路后，開關(guān)試觸時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)．其故障原因可能是：小燈泡斷路．
（7）實(shí)驗(yàn)時(shí)某小組學(xué)生發(fā)現(xiàn)電流表?yè)p壞，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)不用電流表測(cè)定該小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)．于是向老師要了一個(gè)阻值為R₀的定值電阻（阻值適當(dāng)）和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)（符號(hào)為：），借助原有的實(shí)驗(yàn)器材，順利完成了實(shí)驗(yàn)．設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如圖�。�
①請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖補(bǔ)充完整步驟．
a．根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5V．
b．保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
②寫出燈泡額定功率的表達(dá)式P_額=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)量量表示）

Answer 1

分析 （1）在測(cè)量小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中，電流表、燈泡、滑動(dòng)變阻器以及開關(guān)串聯(lián)連接，根據(jù)歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值，然后確定電流表的量程，并將電流表與燈泡串聯(lián)；將滑動(dòng)變阻器與開關(guān)串聯(lián)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，連入電路的電阻變大，因此將滑動(dòng)變阻器的右下接線柱連入電路；
（2）在閉合開關(guān)前要把滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)到最大，燈泡不亮首先要檢查是不是滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)的太大，導(dǎo)致電流過(guò)小，從個(gè)燈泡不亮；
（3）由串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)--電壓和電阻成正比，來(lái)分析滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)情況．
（4）從圖象上找到額定電壓對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，讀出對(duì)應(yīng)的電流，利用P=UI計(jì)算額定功率．該圖象不是直線，即電壓和電流的比值不是定值，說(shuō)明小燈泡發(fā)光的過(guò)程中，影響電阻大小的因素是存在的．
（5）連接實(shí)物電路時(shí)，開關(guān)要斷開，滑動(dòng)變阻器滑片要移到阻值最大位置處．
（6）電壓表有示數(shù)，說(shuō)明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路斷路，據(jù)此分析故障的可能原因；
（7）沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于2.5V，然后測(cè)出此時(shí)定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）燈泡的額定電流大約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，因此電壓表選擇0～0.6A的量程；將電流表的0.6A接線柱與燈泡的左接線柱相連；將滑動(dòng)變阻器的B接線柱與開關(guān)的右接線柱相連，如下圖所示：
；
（2）電路連接正確，燈泡不亮，首先應(yīng)移動(dòng)滑片看燈泡是否發(fā)光，看是不是因?yàn)樽柚堤�大�?dǎo)致燈泡不亮；故選C；
（3）電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，而額定電壓為2.5V，故應(yīng)使小燈泡兩端的電壓增大，就應(yīng)該讓滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小，就必須把滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)小，即滑片向B移動(dòng)，使電壓表示數(shù)為2.5V．
（4）由圖象知，當(dāng)燈的電壓是2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流值為0.2A，額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．隨燈泡電壓的增大，燈泡電流增大，燈泡實(shí)際功率P=UI增大．
小燈泡的電流隨電壓變化的圖象不是一條直線，說(shuō)明小燈泡的電阻不是定值，并且燈絲的電阻隨電壓的增大而升高，即燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（5）①連接好最后一根導(dǎo)線，燈泡立即發(fā)光，說(shuō)明連接電路時(shí)，沒有斷開開關(guān)；②燈泡發(fā)出明亮耀眼的光，說(shuō)明電路電流很大，電路電阻很小，連接電路時(shí)，滑動(dòng)變阻器滑片沒有置于最大阻值處．
（6）燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明某處發(fā)生了斷路，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的燈泡出現(xiàn)了斷路．
（7）實(shí)驗(yàn)步驟：a、根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5A．
b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2，讀出電壓表示數(shù)U．
通過(guò)燈泡的電流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，燈泡額定功率：P=U_額I=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）如圖；（2）移動(dòng)滑片看燈泡是否發(fā)光；（3）2.2；B； 2.5；（4）0.5；增大；小燈泡燈絲電阻受溫度影響；（5）①連接電路時(shí)開關(guān)沒有斷開；②閉合開關(guān)前，沒有將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)到阻值最大的位置；（6）小燈泡斷路；（7）a、2.5；b、保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接2；2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了測(cè)量電功率的實(shí)驗(yàn)中電路故障的判斷、電壓表的讀數(shù)、串聯(lián)電路的分壓作用及額定功率的計(jì)算，同時(shí)還考查了學(xué)生對(duì)圖象的分析和處理能力．本實(shí)驗(yàn)需要注意燈絲的電阻隨溫度的變化而變化．