Question

15．小亮在“測定小燈泡電阻”的實驗中，電源為2節(jié)新干電池，所用小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω．

（1）如圖1所示是小亮連接的實驗電路，其中有一根導(dǎo)線連接錯誤，請你在錯誤的導(dǎo)線上畫“×”，并在圖中改正（導(dǎo)線不許交叉）．
（2）電路連接正確后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡仍不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：小燈泡斷路．
（3）以上故障排除后，再閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡仍不亮，但電流表和電壓表均有示數(shù)，接下來他應(yīng)進行的操作是：C．
A．檢查電路是否斷路        B．更換小燈泡
C．移動滑動變阻器的滑片  D．檢查燈泡是否短路
（4）實驗中小亮設(shè)計的實驗記錄表格如下表，請你指出表格中的問題：不該有電阻平均值一欄；小亮又根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制成了U-I圖象如圖2所示，根據(jù)圖象提供的信息，可計算出小燈泡正常發(fā)光時的電阻是12.5Ω．

實驗次數(shù)	電壓/V	電流/A	電阻/Ω	電阻平均值/Ω
1
2
3

（5）完成上述實驗后，小亮又重新設(shè)計了如圖3所示的電路，測量另一個小燈泡的額定功率，這個小燈泡正常工作的電流為I₁．請完成實驗步驟（已知電源電壓為U）．
①只閉合開關(guān)S₁，移動滑動變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開關(guān)S₂，保持滑動變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；再將滑動變阻器R₂的滑片調(diào)到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；
③則小燈泡的額定功率表達式為P_額=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡兩端，由圖1可知，電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表連線錯誤，把燈泡右端接線柱與電源負極或電壓表負接線柱連接起來即可．
（2）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或燈泡短路或燈泡之外電路斷路造成的；電流表無示數(shù)，說明電路存在斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路在外不存在斷路，綜合分析可知，電路故障是燈泡斷路．
（3）電流表和電壓表均有示數(shù)，說明電路完好，則是由于小燈泡功率太小造成的；
（4）根據(jù)燈絲的電阻隨溫度的升高而增大來進行分析；根據(jù)圖象確定額定電流，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計算出電阻值；
（5）實驗的原理是利用替代法，測出燈泡的電阻，再通過電功率的變形公式P=I²R可計算小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）由圖1知，電壓表連線錯誤，燈泡右端接線柱與電壓表負接線柱相連，電路圖如圖所示：
；
（2）閉合開關(guān)，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，燈不亮，故障可能是燈泡斷路．
（3）故障排除后，閉合開關(guān)，小燈泡仍不亮，但電流表和電壓表均有示數(shù)，這說明電路中未發(fā)生斷路，小燈泡也未短路，則可能是滑動變阻器的阻值太大，造成燈泡的實際功率太小，所以應(yīng)該減小滑動變阻器的阻值；故選：C；
（4）燈絲的電阻與溫度有關(guān)，所以不同電壓下的電阻不同，不應(yīng)該設(shè)置電阻的平均值一欄；
由圖象知，當燈泡兩端的電壓為2.5V時，燈泡中的電流大約等于0.2A，則R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；
（5）分析實驗的原理可以得出其具體的步驟為：
①只閉合開關(guān)S₁，移動滑動變阻器R₂的滑片，使電流表示數(shù)為I₁；
②只閉合開關(guān)S₂，保持滑動變阻器R₂的滑片位置不變，調(diào)節(jié)滑動變阻器R₁的滑片使電流表示數(shù)為I₁；
再將滑動變阻器R₂的滑片調(diào)到最左端，讀出電流表的示數(shù)為I₂；
③則小燈泡的電阻與變阻器R₁此時的電阻相同，即R_L=$\frac{U}{{I}_{2}}$，
小燈泡的額定功率P_額=I₁²R_燈=I₁²•$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．
故答案為：（1）如圖；（2）小燈泡斷路；（3）C；（4）不該有電阻平均值一欄；12.5；（5）①I₁；②調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片；③$\frac{U{{I}_{1}}^{2}}{{I}_{2}}$．

點評 本題考查了連接電路圖、電路故障分析、電流表讀數(shù)、求燈泡阻值、溫度對電阻的影響、設(shè)計實驗電路圖等問題；分析電路故障時，要根據(jù)故障現(xiàn)象考慮各種可能的故障原因，然后綜合分析確定故障原因；對電表讀數(shù)時，要先確定電表量程與最小分度值，再讀數(shù)．