Question

13．在測(cè)定“小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，已知電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V，小燈泡的電阻約為10Ω，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20Ω 1A”字樣．如圖1是小明同學(xué)沒(méi)有連接完的實(shí)物電路．

（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，將實(shí)物電路連接完整；
（2）實(shí)驗(yàn)中，小王同學(xué)連接好電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，且電壓表無(wú)示數(shù)，電流表有示數(shù)，則故障的原因可能是小燈泡短路；
（3）故障排除后，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片到某一點(diǎn)，電壓表的示數(shù)如圖2所示，要測(cè)量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向左端滑動(dòng)（選填“左”或“右”）；直到使電壓表示數(shù)等于2.5V時(shí)，電流表示數(shù)如圖3所示，燈泡的額定功率是0.7W．
（4）某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中，不小心將滑動(dòng)變阻器損壞（不能使用）了，一時(shí)又找不到其他變阻器．你能否利用身邊的物品替代滑動(dòng)變阻器完成該實(shí)驗(yàn)，說(shuō)出你的做法：利用鉛筆自制一“滑動(dòng)變阻器”．
（5）小紅同學(xué)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束與同學(xué)討論時(shí)說(shuō)：“該實(shí)驗(yàn)電路也可以用來(lái)研究電流與電壓的關(guān)系”．小紅的說(shuō)法是否正確，為什么？

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程并與燈泡并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出燈泡的額定電流確定電流表的量程且與燈泡串聯(lián)，連接時(shí)注意正負(fù)接線柱的連接．
（2）燈泡不亮可能是燈泡斷路或燈泡以外的地方斷路或燈泡短路，電流表有示數(shù)說(shuō)明電路不可能斷路，電壓表無(wú)示數(shù)說(shuō)明燈泡短路．
（3）由電壓表的示數(shù)可知此時(shí)小燈泡兩端的電壓小于額定電壓，為使電壓增加為2.5V，就要使滑動(dòng)變阻器分壓減小，連入電阻減小，選擇滑片的移動(dòng)方向；并根據(jù)電流表的示數(shù)，利用P=UI求出燈泡的額定功率．
（4）滑動(dòng)變阻器的作用為改變接入電路的電阻值，缺少變阻器則無(wú)法改變電阻；但可以找一些電阻接大的能改變接入阻值的導(dǎo)體來(lái)代替．
（5）在研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻的阻值不變，改變電阻兩端的電壓，分析電流和電壓的關(guān)系；而燈絲的電阻隨著溫度變化，不符合該實(shí)驗(yàn)的要求．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V且與燈泡并聯(lián)；燈泡的額定電流為$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＜0.6A，所以電流表選0～0.6A的量程，且與燈泡串聯(lián)，注意電流從正接線柱流入負(fù)接線柱流出，連接如下圖所示：

（2）電流表有示數(shù)說(shuō)明電路不可能斷路，燈泡不亮、電壓表無(wú)示數(shù)說(shuō)明燈泡被短路．
（3）電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，燈泡兩端的電壓為2V，為測(cè)額定功率，燈兩端電壓應(yīng)為2.5V，就要使滑動(dòng)變阻器分壓減小，接入電路的電阻減小，應(yīng)向左移動(dòng)滑片．
當(dāng)燈泡兩端的電壓為2.5V時(shí)，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以通過(guò)燈泡的電流為0.28A，
燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.28A=0.7W．
（4）滑動(dòng)變阻器目的一是作為保護(hù)電阻，二是可以多測(cè)幾組數(shù)據(jù)求平均值，如果沒(méi)有滑動(dòng)變阻器，則無(wú)法測(cè)量多組數(shù)據(jù)求平均值；為了減小誤差可以選擇一些電阻較大的物體通過(guò)改過(guò)接入長(zhǎng)度從而改變電阻，如可以用鉛筆芯代替；
（5）這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能用來(lái)研究電流與電壓的關(guān)系，因?yàn)闊艚z的電阻隨溫度的升高而增大，而電流與電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要控制電阻值大小不變．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）小燈泡短路；（3）左；0.7W；（4）利用鉛筆自制一“滑動(dòng)變阻器”；（4）不正確；燈泡的電阻隨溫度的升高而升高，不能保持電阻一定．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電壓表與電流量程的選擇和連接、電路故障的判斷、滑動(dòng)變阻器的原理、燈泡電阻與溫度的關(guān)系以及控制變量法和電功率的計(jì)算等，綜合性較強(qiáng)，難度較大．