Question

2．初三某班同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室做“測(cè)量小燈泡功率”的分組實(shí)驗(yàn)，被測(cè)小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A、0～3A）、電壓表（0～3V、0～15V）、開(kāi)關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干，滑動(dòng)變阻器三只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的電路如圖甲所示：

（1）根據(jù)圖甲電路圖，將乙圖未連接完的實(shí)物元件連接完整（要求：滑片向右移動(dòng)時(shí)，電流增大，連線(xiàn)不能交叉 ）．
（2）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖丙所示，則接下來(lái)的操作是向右移動(dòng)滑片，減小滑動(dòng)變阻器連入的電阻；
（3）為了測(cè)量燈泡的額定功率，最合適的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用R₂（選填R₁、R₂、R₃）．
（4）閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑片：如果燈不亮，電流表無(wú)示數(shù)，電壓表的指針超過(guò)滿(mǎn)刻度，則出現(xiàn)這現(xiàn)象的原因可能是燈開(kāi)路；如果電流表有示數(shù)，電壓表無(wú)示數(shù)，燈不亮，則出現(xiàn)這現(xiàn)象的原因可能是燈短路；如果電流表和電壓表都有示數(shù)，但燈不亮，則出現(xiàn)這現(xiàn)象的原因可能是滑動(dòng)變阻器將下面兩個(gè)接線(xiàn)柱接入電路；
（5）經(jīng)檢查無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片到某一位置，電流表和電壓表的示數(shù)如圖丁所示，則此時(shí)通過(guò)小燈泡的電流是0.22A，燈泡兩端的電壓是1.8V，此時(shí)小燈泡的電阻是8.18Ω（電阻計(jì)算的結(jié)果保留二位小數(shù)），燈泡的實(shí)際功率是0.396W．
（6）改變滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測(cè)量通過(guò)小燈泡的電流和它兩端的電壓，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，同學(xué)們畫(huà)出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖戊），根據(jù)圖象提供的信息，算出小燈泡的額定功率為0.625W，其通過(guò)的電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象為非直線(xiàn)關(guān)系的原因燈絲的電壓增大，溫度升高，電阻增大．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)要求確定下面的接線(xiàn)柱；求出燈正常工作電流確定電流表的量程，進(jìn)而完成實(shí)物連接圖；
（2）閉合開(kāi)關(guān)前，滑片處于阻值最大處，閉合開(kāi)關(guān)后電路中的電流較小，此時(shí)移動(dòng)滑片使連入的電阻變��；
（3）選擇滑動(dòng)變阻器的規(guī)格，要從電路需要滑動(dòng)變阻器的最大電阻和電路通過(guò)的最大電流考慮：滑動(dòng)變阻器的最大阻值要稍大于電路需要滑動(dòng)變阻器的最大阻值；滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的最大電流大于電路最大電流．
（4）燈短路，電流表有示數(shù)、電壓表無(wú)示數(shù)；燈開(kāi)路，電流表無(wú)示數(shù)、電壓表有示數(shù)；滑動(dòng)變阻器的下面兩個(gè)接線(xiàn)柱連入電路，電路中電阻過(guò)大，但電流表有示數(shù)、電壓表有示數(shù)；
（5）知道使用的量程，確定每一個(gè)大格和每一個(gè)小格代表的示數(shù)，根據(jù)指針位置讀數(shù)，利用歐姆定律求燈絲電阻，利用P=UI求燈的實(shí)際功率；
（6）在圖象上找到燈泡2.5V下的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算額定功率．燈絲的電阻受溫度影響很大，隨溫度的升高而增大．

解答 解：
（1）要求滑片向右移動(dòng)時(shí)，電流增大，連入的電阻變小，應(yīng)接下面的右接線(xiàn)柱；燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，正常工作電流I=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，電流表選擇小量程0-0.6A，如圖所示：

（2）閉合開(kāi)關(guān)前，滑片處于阻值最大處，下面接右邊接線(xiàn)柱；由丙圖可知電路中的電流較小，此時(shí)應(yīng)向右移動(dòng)滑片，使連入的電阻變��；
（3）燈泡正常工作時(shí)電流為I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A．
測(cè)定燈泡功率的實(shí)驗(yàn)中，燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)得，燈泡正常工作時(shí)，
滑動(dòng)變阻器電壓為：U'=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動(dòng)變阻器電阻為：R'=$\frac{U′}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
滑動(dòng)變阻器最大電阻稍大于電路需要的滑動(dòng)變阻器電阻，“5Ω  0.5A”電阻太小，“500Ω  1A”電阻太大，“50Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器電阻和電流都合適．
（4）燈不亮，電流表有示數(shù)、電壓表無(wú)示數(shù)（測(cè)導(dǎo)線(xiàn)兩端的電壓），可能故障燈短路；燈不亮，電流表無(wú)示數(shù)，燈開(kāi)路，但電壓表接在電源上，電壓表有示數(shù)；滑動(dòng)變阻器的下面兩個(gè)接線(xiàn)柱連入電路，電路中電阻過(guò)大，但電流表有示數(shù)、電壓表有示數(shù)；
（5）由圖知，電流表使用的是小量程0-0.6A，分度值為0.02A，讀數(shù)為0.22A；電壓表選小量程，分度值是0.1V，示數(shù)為1.8V；燈絲電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.8V}{0.22A}$≈8.18Ω；實(shí)際功率P=UI=1.8V×0.22A=0.396W；
（6）由圖戊可知，當(dāng)燈兩端電壓為2.5V，通過(guò)的電流為0.25A，P_額=U_額I_額=2.5V×0.25A=0.625W．
由于燈絲的電壓增大，溫度升高，電阻增大，所以通過(guò)的電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象為非直線(xiàn)關(guān)系．
故答案為：（1）如圖所示；（2）向右移動(dòng)滑片，減小滑動(dòng)變阻器連入的電阻；（3）R₂；（4）燈開(kāi)路；燈短路；滑動(dòng)變阻器將下面兩個(gè)接線(xiàn)柱接入電路；（5）8.18；0.396；（6）0.625；燈絲的電壓增大，溫度升高，電阻增大．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電流表量程的選擇、滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇、電路故障分析、電功率的計(jì)算；滑動(dòng)變阻器要考慮滑動(dòng)變阻器的電阻和電流，滑動(dòng)變阻器的電阻在電路是否夠用，但又不能太大；滑動(dòng)變阻器允許通過(guò)的電流大于電路最大電流．