Question

17．小明做“測量小燈泡電功率”實驗，實驗室有如下器材：電源（電壓恒為6V）、小燈泡（額定電壓為2.5V，燈絲電阻約為10Ω）、電流表、電壓表、開關(guān)各一個、規(guī)格分別為R₁“10Ω 1A”和R₂“50Ω 0.5A”的滑動變阻器各一個、導線若干．

（1）小明設(shè)計了圖甲所示的電路，他應(yīng)選用規(guī)格為 的滑動變阻器R₂（選填“R₁”或“R₂”），該實驗中滑動變阻器的主要作用是改變燈泡兩端的電壓．
（2）正確連接電路后，閉合開關(guān)，若小燈泡不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，原因可能是小燈泡短路（或電壓表短路）；若小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，原因是小燈泡斷路．
（3）排除故障后，移動滑動變阻器滑片在不同位置，小燈泡U-I圖象如圖乙所示，小燈泡的額定功率為0.625W．
（4）由圖乙發(fā)現(xiàn)燈泡電阻是變化的，影響其變化的主要原因是燈絲溫度．
（5）在沒有電壓表、只有電流表的情況下，小明增加了一只已知阻值為10Ω的定值電阻R，并利用原有器材也測出了額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率．步驟如下：
①按照如圖丙所示的電路圖正確連接實物電路；
②閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.25A時，燈泡正常發(fā)光；
③斷開開關(guān)，保持滑動變阻器滑片P的位置（或滑動變阻器接入電路的阻值） 不變，將電流表改接在燈泡所在支路中，再閉合開關(guān)，讀出電流表示數(shù)I；
④小燈泡額定功率的表達式為P_額=U_額I（或2.5V•I）．
（6）鄰組的青青和丹丹打算利用一個阻值為10Ω的定值電阻R₀，只利用一只電表，通過圖中操作（開關(guān)S接“a”、”b”各一次）來測量小燈泡的額定功率．如圖丙、丁是她倆設(shè)計的兩種不同方案的電路圖，則以下判斷正確的是B（填字母）．
A．兩種方案都能
B．兩種方案都不能
C．丙方案能，丁方案不能
D．丙方案不能，丁方案能．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)分壓原理求出滑動變阻器連放電路中的最小阻值；
由測量小燈泡在不同電壓的電功率作答；
（2）電流表有示數(shù)，說明電路為通路；小燈泡不亮，電壓表無示數(shù)，說明小燈泡短路或電壓表短路；
小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路斷路或電路中的總電阻太大；電壓表有示數(shù)，說明與電壓表與電源是連通；
（3）由圖乙，根據(jù)額定電壓電壓下對應(yīng)的電流大小，求小燈泡的額定功率P_額=U_額I
（4）燈絲的電阻隨溫度的變化而變化不是一個定值；
（5）②定值電阻R和電流表相當于電壓表；
③保持滑片的位置不變，將電流表與燈串聯(lián)，根據(jù)各元件兩端的電壓不變，讀出電流表示數(shù)即可；
④根據(jù)P_額=U_額I求小燈泡的額定功率；
（6）開關(guān)S接“a”、”b”各一次，根據(jù)電路圖，確定能否使小燈泡正常發(fā)光，若不能，則無法測量小燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）燈的額定電壓為2.5V，所以，變阻器要分去6V-2.5V=3.5V的電壓，根據(jù)分壓原理，$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{L}}$，滑動變阻器的阻值至少為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{L}}$×R_L=$\frac{3.5}{2.5}$×10Ω=14Ω．根據(jù)歐姆定律知，燈正常發(fā)光的時的電流約為0.25A，故應(yīng)選用R₂“50Ω0.5A”的滑動變阻器；
因測量小燈泡在不同電壓的電功率，所以，本實驗中滑動變阻器的主要作用是改變燈兩端的電壓；
（2）正確連接電路后，閉合開關(guān)，電流表有示數(shù)，說明電路為通路；小燈泡不亮，電壓表無示數(shù)，說明小燈泡短路或電壓表短路；
若小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路斷路或電路中的總電阻太大；電壓表有示數(shù)，說明與電壓表與電源是連通的，所以，若小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，原因是小燈泡斷路；
（3）由圖乙知，當燈電壓為2.5V時對應(yīng)的電流為0.25A，小燈泡的額定功率P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625A；
（4）因燈絲的電阻隨溫度的變化而變化不是一個定值，所以，由圖乙發(fā)現(xiàn)燈泡電阻是變化的，影響其變化的主要原因是燈絲溫度；
（5）②小紅增加了一只10Ω的定值電阻R，因當電流表示數(shù)為I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=0.25A時，R兩端的電壓一定為2.5V，
根據(jù)并聯(lián)電路電壓的特點，燈的電壓為2.5V，燈一定正常發(fā)光，所以，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.25A時，燈泡正常發(fā)光；
③斷開開關(guān)，保持變阻器滑片P的位置或變阻器接入電路的阻值不變，將電流表改接在所在燈支路中，此時電路的連接關(guān)系沒有改變，只是電流表由原來測通過R的電流變?yōu)闇y通過燈的電流I，R與燈兩端的電壓與變阻器的電壓均保持不變，燈仍正常發(fā)光，通過燈的電流I即為燈正常發(fā)光時的電流大�。�所以，斷開開關(guān)，保持滑動變阻器滑片P的位置（或滑動變阻器接入電路的阻值）不變，將電流表改接在燈泡所在支路中，再閉合開關(guān)，讀出電流表示數(shù)I；
④小燈泡額定功率的表達式為P_額=U_額I（或2.5I）．
（6）圖丙中，無論S接a還是接b都無法得知小燈泡是否正常發(fā)光，丙方案不能測定小燈泡的額定電功率；
丁方案中，R₀、小燈泡、變阻器三者串聯(lián)，S接a時，電壓表測定值電阻的電壓，S接b時測燈和定值電阻的總電壓，都無法確定小燈泡是否正常發(fā)光，丁方案不能測定小燈泡的額定電功率．所以，兩種方案都不能測出小燈泡的額定功率．故選B．
故答案為：（1）R₂；改變燈泡兩端的電壓；
（2）小燈泡短路（或電壓表短路）；小燈泡斷路；
（3）0.625；
（4）燈絲溫度；
（5）②0.25；③滑動變阻器滑片P的位置（或滑動變阻器接入電路的阻值）；④U_額I（或2.5V•I）；
（6）B．

點評 本題測量小燈泡電功率，考查器材的選擇、常見故障的分析、影響電阻大小的因素等知識及設(shè)計實驗方案的能力．