Question

3．在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，選用如圖甲所示的器材，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）．
（1）為了能夠順利完成實驗探究，下列兩種規(guī)格的滑動變阻器應選用B
A．“10Ω  0.5A”的滑動變阻器      B．“50Ω  0.5A”的滑動變阻器
（2）用筆畫線代替導線，將圖甲所示的實物電路連接完整．
（3）閉合開關前，應將圖甲中所示的滑動變阻器的滑片滑到A（選填“A”或“B”）端．
（4）閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，若電路只有一處故障，則故障原因是小燈泡斷路．
（5）排除故障后，閉合開關，移動滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)是2.2V；為了測量小燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片向B（選填“A”或“B”）端移動．
（6）根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，繪制出小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關系圖象（如圖丙所示）．分析圖象可知：
①小燈泡的額定功率為0.625W．
②小燈泡燈絲電阻是變化的，主要是受溫度變化的影響．
③實驗中觀察到：當小燈泡兩端的電壓低于0.5V時，小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡實際功率過小．
（7）完成上述實驗后，小華在缺少電壓表的情況下，根據(jù)繪制出的小燈泡電流與電壓關系圖象，設計出了一個測未知定值電阻的電路，如圖丁所示．請根據(jù)電路圖寫出其中一次測量的實驗步驟：
①①開關S₁閉合，S₂斷開，此時燈泡與電阻并聯(lián)，它們兩端電壓相等，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使得電流表的示數(shù)分別為0.25A、0.2A或0.1A，則由圖象可知，對應的電壓分別為2.5V，1.5V，0.5V
②②保持滑片位置不動，斷開開關S₁，閉合開關S₂，此時燈泡與定值電阻并聯(lián)，電流表測干路電流，記下電流表的讀數(shù)為I，
通過定值電阻的電流I_x=I-I_L=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A
表達式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$．

Answer 1

分析 （1）選擇滑動變阻器的規(guī)格，要從電路需要滑動變阻器的最大電阻和電路允許通過的最大電流考慮：
滑動變阻器的最大阻值要稍大于電路需要滑動變阻器的最大阻值．
滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路最大電流．
（2）根據(jù)燈泡正常工作時電流的大約值確定電流表的量程，然后使電流表與燈泡串聯(lián)連接；
（3）連接電路時，開關處于斷開狀態(tài)，滑動變阻器滑片滑到阻值最大處；
（4）電流表無示數(shù)，說明電路有斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連；
（5）根據(jù)電壓表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓表示數(shù)；根據(jù)串聯(lián)分壓特點確定滑片移動方向．
（6）分析圖象，得出小燈泡額定電壓對應的電流，利用P=UI求出電功率．小燈泡燈絲電阻受溫度影響是變化的；小燈泡不發(fā)光的原因可能是小燈泡實際功率過�。�
（7）要測量未知定值電阻，需測量出未知定值電阻的電壓和電流，應用并聯(lián)電路特點與歐姆定律求出通過未知定值電阻的電流，然后應用R=$\frac{U}{I}$求出未知定值電阻表達式．

解答 解：（1）燈泡正常工作時電流：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.2A．
測定燈泡功率的實驗中，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點得，燈泡正常工作時，滑動變阻器電壓為：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V；
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動變阻器電阻為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.2A}$=17.5Ω，故滑動變阻器應選“50Ω  0.5A”的滑動變阻器；
（2）因為燈泡的額定電流約為0.2A，因此電流表量程選擇0～0.6A量程；
將電流表的0.6A接線柱與燈泡的左接線柱相連，如圖所示：

（3）連接電路時，開關處于斷開狀態(tài)；閉合開關前，需滑動變阻器滑片滑到阻值最大處，即將滑片位于最左端，即A端；
（4）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路有斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，因此與電壓表并聯(lián)的電路斷路，即燈泡斷路．
（5）根據(jù)圖乙可知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V；
要測量燈泡的額定功率，需使電壓表的示數(shù)為2.5V，因此需減小滑動變阻器兩端電壓，即減小滑動變阻器接入電路的阻值，故將滑片向B端移動．
（6）通過小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關系如圖丙所示．分析圖象可知：
①當電壓為2.5V時，電流為0.2A，額定功率為P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
②小燈泡燈絲的電阻是變化的，主要是受溫度影響．
③小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡實際功率過小，達不到發(fā)光程度；
（7）按照電路圖正確連接電路；
①開關S₁閉合，S₂斷開，此時燈泡與電阻并聯(lián)，它們兩端電壓相等，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使得電流表的示數(shù)分別為0.25A、0.2A或0.1A，則由圖象可知，對應的電壓分別為2.5V，1.5V，0.5V，
②保持滑片位置不動，斷開開關S₁，閉合開關S₂，此時燈泡與定值電阻并聯(lián)，電流表測干路電流，記下電流表的讀數(shù)為I，
通過定值電阻的電流I_x=I-I_L=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A，
R_x的表達式為：R_x=$\frac{U}{I-{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{1-0.1A}$．
故答案為：（1）B；
（2）見上圖；
（3）A；
（4）小燈泡斷路；
（5）2.2；B；
（6）①0.625；②溫度；③小燈泡實際功率過��；
（7）①開關S₁閉合，S₂斷開，此時燈泡與電阻并聯(lián)，它們兩端電壓相等，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使得電流表的示數(shù)分別為0.25A、0.2A或0.1A，則由圖象可知，對應的電壓分別為2.5V，1.5V，0.5V，
②保持滑片位置不動，斷開開關S₁，閉合開關S₂，此時燈泡與定值電阻并聯(lián)，電流表測干路電流，記下電流表的讀數(shù)為I，
通過定值電阻的電流I_x=I-I_L=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A，
$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$．

點評 此題綜合考查了電路的連接、電壓表的讀數(shù)、實驗過程的設計，具有代表性；特別是最后一問設計實驗，有一定的難度，需要仔細分析，重點掌握．