Question

9．小明利用如圖甲所示電路測(cè)定小燈泡的功率．被測(cè)小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右．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）、開關(guān)各一個(gè)、導(dǎo)線若干、滑動(dòng)變阻器三只：R₁（20Ω  0.5A）、R₂（50Ω  0.5A）、R₃（500Ω  1A）．

（1）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，則接下來(lái)的操作是調(diào)零．正確連接電路閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數(shù)接近6V，電流表示數(shù)幾乎為0，電路的故障可能是燈泡斷路．
（2）排除電路故障后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，眼睛應(yīng)先注視電壓表的示數(shù)，然后讀出另一電表的示數(shù)，經(jīng)多次測(cè)量，小明畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖丙），則小燈泡的額定功率為0.625W．在多次測(cè)量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大．（選填“變大”、“變小”或“不變”）
（3）若電壓表的0～3V量程已損壞，只能使用0～15V量程，其他器材不變，在虛線框中畫出測(cè)量小燈泡電功率的電路圖．
（4）燈泡的功率測(cè)量完畢后，小明增加了一只完好的電壓表和5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻，探究電流跟電阻的關(guān)系，得到如圖丁所示的電流I隨電阻R變化的圖象，則小明應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器R₂（選填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．若某次實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器連入的阻值為21Ω，則所選定值電阻的阻值為15Ω．

Answer 1

分析 （1）①由圖知，電流表指針沒有指在零刻度線上，使用電流表前應(yīng)對(duì)電流表進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，使指針指在零刻度線上；
②電流表無(wú)示數(shù)說明電路故障為斷路，電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連；
（2）當(dāng)燈泡兩端電壓為額定電壓時(shí)，燈泡正常發(fā)光；根據(jù)圖丙讀出當(dāng)燈泡兩端電壓額定電壓2.5V時(shí)，通過燈泡的電流，再根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；
燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
（3）若電壓表0～3V量程已損壞，而燈泡額定電壓為2.5V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電壓表的另一量程0～15V；電源電壓是6V，燈泡正常發(fā)光時(shí)，與燈泡串聯(lián)的滑動(dòng)變阻器電壓為6V-2.5V=3.5V，因此為了測(cè)量準(zhǔn)確，可以用電壓表的0～15V的量程測(cè)滑動(dòng)變阻器電壓，據(jù)此設(shè)計(jì)電路圖；
（4）①在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，要改變接入電路的電阻阻值大小，但不同阻值的電阻兩端電壓不變；
②串聯(lián)電路中用電器兩端電壓與其阻值成正比，由圖象可得電阻兩端電壓，已知電源電壓和電阻兩端電壓，可以得到滑動(dòng)變阻器兩端電壓，根據(jù)串聯(lián)電路用電器兩端電壓與電阻的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到定值電阻的阻值．

解答 解：（1）①電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)先對(duì)電流表調(diào)零；
②電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，發(fā)觀燈泡總不亮，且電流表無(wú)示數(shù)，說明電路故障為斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓6V，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連，因此電路故障為燈泡斷路；
（2）當(dāng)燈泡兩端電壓為額定電壓時(shí)，燈泡正常發(fā)光，因此要測(cè)量不同電壓下燈泡的功率，需注視電壓表的示數(shù)，然后讀出另一電表的示數(shù)；
由圖丙可知，當(dāng)燈泡兩端電壓為2.5V時(shí)，通過燈泡的電流為0.25A，則燈泡的額定功率：P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625W；
因?yàn)闊艚z的溫度隨電壓的升高而增大，電阻隨之增大，所以當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大；
（3）使電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器、燈泡、電流表串聯(lián)連接，電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端，電路圖如圖所示：

（4）①由圖象知，不同阻值的電阻兩端電壓等于0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=…=2.5V
假設(shè)選擇25Ω的定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，由$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$可知，要保持定值電阻兩端電壓為2.5V不變，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為35Ω，所以滑動(dòng)變阻器選擇“50Ω  0.5A”；
②滑動(dòng)變阻器兩端電壓為U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V
由$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$可得：
$\frac{2.5V}{3.5V}$=$\frac{{R}_{1}}{21Ω}$
R₁=15Ω，即選擇的定值電阻阻值為15Ω．
故答案為：（1）調(diào)零；燈泡斷路；
（2）電壓；0.625；變大；
（4）R₂；15Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電流表的調(diào)節(jié)、電路故障分析、求燈泡額定功率、燈泡電阻與溫度的關(guān)系、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖、串聯(lián)電路分壓規(guī)律以及滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇，考查角度廣，設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)多，綜合性較強(qiáng)，具有一定的代表性．