Question

18．在“測(cè)定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，電源電壓為6V，小燈泡L的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，可供選用的滑動(dòng)變阻器R₁和R₂的最大阻值分別為10Ω和50Ω．圖1是該實(shí)驗(yàn)的電路圖．

（1）應(yīng)該選用的滑動(dòng)變阻器是R₂（填“R₁”或“R₂”）；
（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)．發(fā)生故障的原因可能是小燈泡短路．
（3）圖2是根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪成的U-I圖象，根據(jù)圖象提供的信息可計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.5W；當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，小燈泡的電阻將變大．
（4）另一組同學(xué)在連線時(shí)，不小心將線接錯(cuò)了．閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變大時(shí)，電壓表示數(shù)卻變小，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)了．
（5）還有一組同學(xué)沒有使用電壓表，而是利用兩只電流表和一個(gè)阻值已知的電阻R₀，其它元件與前組相同，仍然完成了實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)?jiān)谔摼�方框內(nèi)畫出該組同學(xué)實(shí)驗(yàn)的電路圖．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，滑動(dòng)變阻器與燈泡串聯(lián)；根據(jù)歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)，求出燈泡正常工作時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，再根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻，即可選擇合適的滑動(dòng)變阻器．
（2）燈泡不亮，燈泡斷路或短路；電流表有示數(shù)，說明電路不存在斷路；電壓表無示數(shù)，電壓表斷路或與它并聯(lián)的用電器短路，綜合分析可得出結(jié)論．
（3）根據(jù)圖象獲得燈泡電壓為2.5V時(shí)的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；滑片左移，滑動(dòng)變阻器接入電路的長度變短，電阻變小，電路總電阻變小，電路電流增大，燈泡電壓增大，溫度升高，燈絲電阻增大．
（4）該實(shí)驗(yàn)中，電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，當(dāng)電路中電流變大時(shí)，燈泡兩端電壓應(yīng)變大，則滑動(dòng)變阻器兩端電壓應(yīng)減小，此時(shí)電流表與電壓表示數(shù)均變大；如果電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，則電流表示數(shù)增大時(shí)，電壓表示數(shù)減小，據(jù)此分析答題；
（5）根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)電路，把定值電阻與燈泡并聯(lián)，當(dāng)定值電阻兩端的電壓為燈泡的額定電壓時(shí)燈泡正常工作，用電流表分別測(cè)兩支路的電流或測(cè)出一條支路的電流和干路電流，根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)得出通過燈泡的電流，根據(jù)P=UI即可得出小燈泡的額定功率．

解答 解：
（1）小燈泡L的額定電壓為2.5V，其電阻約為10Ω，
此時(shí)電路中的電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
由串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可得，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻約為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，
所以選用的滑動(dòng)變阻器是R₂．
（2）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路；電流表有示數(shù)，說明電路為通路；電壓表無示數(shù)，說明電壓表斷路或與它并聯(lián)的用電器短路，綜合分析可知發(fā)生故障的原因是小燈泡短路．
（3）當(dāng)燈泡電壓為額定電壓2.5V時(shí)，由圖象可知此時(shí)的電流I=0.2A，
則燈泡額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
由電路圖可知，滑片左移，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變小，總電阻變小，電路中的電流增大，燈泡電壓增大，燈絲溫度升高，則小燈泡的電阻將變大．
（4）閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P，電流表示數(shù)變大，電路中電流變大；由U=IR可知，燈泡兩端的電壓變大；根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓減小，而現(xiàn)在電壓表的示數(shù)也減小，所以產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)了．
（5）把定值電阻與燈泡并聯(lián)，定值電阻與其中一個(gè)電流表組合成一個(gè)電壓表測(cè)電壓，另一個(gè)電流表直接或間接測(cè)出通過燈泡的電流，根據(jù)P=UI即可得出小燈泡的額定功率，設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示：

故答案為：（1）R₂；（2）小燈泡短路；（3）0.5；大；（4）電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)了；（5）如上圖所示．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇、電路故障的判斷、燈絲電阻與溫度的關(guān)系、電功率的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)；其中設(shè)計(jì)電路圖是難點(diǎn)，多的這只電流表和定值電阻可組合為一個(gè)電壓表使用．