Question

9．如圖所示，小明在進(jìn)行“測(cè)量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)，他已連接了部分電路．已知電源電壓恒為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V．
（1）請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖示電路連接完整；
（2）連接好電路后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，此時(shí)電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)為零，則出現(xiàn)故障的原因可能是燈泡斷路；

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	電壓表示數(shù)U/V	電流表示數(shù)I/A
1	2.0	0.17
2	2.5	0.20
3	3.0	0.22

（3）排除故障后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為2V，要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)（選填“左”或“右”）．
（4）小明將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中，則燈泡的額定功率是0.5W；當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為2.5Ω；由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)通過燈泡的電流與其兩端的電壓不成正比關(guān)系，這是由于燈絲的電阻隨溫度的變化而改變；
（5）小明想通過實(shí)驗(yàn)來比較燈泡“實(shí)際電壓是額定電壓一半時(shí)的電功率P₁”和“實(shí)際電流是額定電流一半時(shí)的電功率P₂”的大小，但小明的同學(xué)沒有通過實(shí)驗(yàn)也比較出了它們的大小，P_1大于P₂（選填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

分析 （1）變阻器按一上一下接入電路中，與燈串聯(lián)；
（2）若電流表示數(shù)為0，燈不亮，說明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
（3）燈在額定電壓下正常發(fā)光，比較電壓表的示數(shù)和燈的額定電壓大小，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理，確定滑片移動(dòng)的方向；
 （4）確定額定電壓時(shí)的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算出額定電功率；根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$計(jì)算出變阻器的電阻值；
由歐姆定律，根據(jù)燈絲的電阻隨溫度的升高而增大分析回答；
（4）因?yàn)镻=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時(shí)的實(shí)際功率等于額定功率的四分之一，實(shí)際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實(shí)際電壓為額定電壓一半時(shí)的電阻小于正常工作的電阻，此時(shí)燈泡實(shí)際功率大于額定功率的四分之一；
如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時(shí)，燈泡實(shí)際功率等于額定功率的四分之一，實(shí)際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時(shí)，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，則燈泡實(shí)際功率小于額定功率的四分之一．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，已接了下面一個(gè)接線柱，可再接上面任意一個(gè)接線柱，如圖所示：

（2）經(jīng)分析，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，此時(shí)電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)為零，則出現(xiàn)故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）燈在額定電壓下正常發(fā)光，電壓表的示數(shù)為2V小于燈的額定電壓，要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)增大燈的電壓，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律應(yīng)減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器連入電路 中的電阻變小，即滑片向左移動(dòng)；
（4）由表格中數(shù)據(jù)知，當(dāng)U=2.5V時(shí)，I=0.20A，則額定功率：
P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈正常發(fā)光時(shí)，變阻器的電壓：
U_滑=3V-2.5V=0.5V，
由I=$\frac{U}{R}$，滑動(dòng)變阻器的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{0.5}{0.2A}$=2.5Ω；
由于燈絲電阻隨溫度的變化而變化不是一個(gè)定值，根據(jù)U=IR，通過燈泡的電流與其兩端的電壓不成正比關(guān)系；
（4）因?yàn)镻=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，所以燈泡實(shí)際電壓為其額定電壓一半時(shí)的電阻小于正常發(fā)光時(shí)電阻，它的實(shí)際功率：
P₁＞$\frac{1}{4}$P_額；------①
因?yàn)镻=I²R
所以實(shí)際電流等于額定電流一半時(shí)的電阻小于正常發(fā)光時(shí)電阻，實(shí)際功率：
P₂＜$\frac{1}{4}$P_額，------②
由①②得：P₁＞P₂．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）左；（4）0.5；2.5；燈絲的電阻隨溫度的變化而改變；（4）大于．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡電功率，考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)故障分析、操作過程、溫度對(duì)燈絲電阻的影響、歐姆定律的應(yīng)用及電功率大小的比較．有一定難度．