Question

小明想利用以下提供的器材测量两只小灯泡的电功率（小灯泡的额定电压分别为2.5V、3.8V，阻值均约为10Ω）．所提供的器材分别有：电流表、电压表、电源（电压约为6V）各一个，开关两个，滑动变阻器（“10Ω 2A”、“50Ω 1A”）两个，导线基于条．
（1）请按要求在图中用笔画线代替导线把电路连接完整

（2）开关在闭合前滑动变阻器的滑片应在________端（选填“左”或“右”），小明在连线过程中，开关应该是________的．按符合设计要求的电路图正确连接电路后，闭合其中一个开关时发现小灯泡发光过暗．为了完成实验，他应该将滑动变阻器的滑片往________（选填“左”或“右”）调．
（3）滑动变阻器应该选择________．
（4）小明依据正确的实验记录的数据，画出了通过额定电压为2.5V小灯泡的电流随其两端电压变化关系曲线，如图所示．则这只小灯泡的额定功率是________W，此时电阻为________Ω．
（5）由图可知，通过小灯泡的电流与它两端的电压不成正比，其原因是________．
（6）若这两个小灯泡正常发光的电阻阻值相同，选测额定电压为“2.5V”的小灯泡的额定功率后，再测定额定电压为“3.8V”的小灯泡的额定功率，应该将滑动变阻器的滑片往________（选填“左”或“右”）调，此过程中电流表的示数将________．

Answer 1

解：（1）因为灯泡的额定功率分别为2.5V和3.8V，所以电压表选择15V量程；灯泡的阻值均为10Ω，由欧姆定律可得，通过两个灯泡的电流分别为0.25A和0.38A，因此电流表选择0.6A量程；
从电源正极开始，使两个灯泡并联，开关分别控制两个灯泡，电流表串联在干路中，电压表并联在灯泡两端，滑动变阻器串联在路中保护电路和条件灯泡两端电压．如下图所示

（2）为了更好的保护电路，滑动变阻器的滑片应滑至电阻最大处，即最左端；连接电路时，为了避免电路元件受损，开关要断开；为了使灯泡正常发光，需调节滑动变阻器的滑片使灯泡两端电压增大，即使滑动变阻器接入电路的阻值减小，因此将滑片向右移动；
（3）因为灯泡的阻值为10Ω，电源电压为6V；选择“10Ω 2A”的滑动变阻器，当滑片移至最大阻值时，灯泡阻值和滑动变阻器两端电压相等，即灯泡两端电压的最小值3V，而其中一个灯泡的额定电压为2.5V，因此该滑动变阻器无法测量额定电压为2.5V小灯泡的额定功率，故选“50Ω，1A”的滑动变阻器；
（4）图象中电压2.5V对应的电流约为0.25A，因此，其额定功率为P=UI=2.5V×0.25A=0.625W，电阻R===10Ω；
（5）从图中的曲线可以判断出，灯丝的电阻不是固定的，它随着温度的升高而增大．
（6）移动滑片使滑动变阻器接入电路的阻值减小，因此滑片需向右移动；由于电路中总电阻减小，所以电路中电流将增大，即电流表示数变大．
分析：（1）为了测出两个灯泡的额定功率，需让两个灯泡并联，两个开关分别控制两条支路，电流表串联在干路中测量通过灯泡的电流，滑动变阻器串联在电路中调节灯泡两端电压，电压表并联在灯泡两端；
（2）连接电路时，为了避免电路元件受损，开关要断开，应将滑动变阻器调到最大阻值．灯泡亮度较暗，说明灯泡两端电压较小，需调节滑动变阻器使电路中的电流增大，因此使滑动变阻器接入电路的阻值减小；
（3）根据电源电压和灯泡的电阻以及滑动变阻器的最大阻值选择滑动变阻器；
（4）灯泡的额定功率就是在额定电压下的功率，因此可从图中读出数据，利用P=UI和R=求出灯泡的额定功率和电阻；
（5）灯泡灯丝的阻值会随温度的变化而变化，因此是不可能完全成正比的；
（6）为了使电压表示数由2.5V变为3.8V，需增大灯泡两端电压，即使电路中的电流增大，则滑动变阻器接入电路的阻值需减小，直到小灯泡电压达到额定电压3.8V．
点评：（1）设计电路图关键是要明确实验的原理，知道各个元件在电路中发挥的作用；
（2）知道要测量和最终算出哪些数据，这就是我们要在实验表格中记录的内容；
（3）实验中选择的器材要符合实验的要求才行，包括滑动变阻器的阻值、电表的量程、小灯炮的规格等；
（4）本实验利用的原理是功率的公式P=UI，这是我们必须明确的；
（5）小灯炮灯丝的阻值会随温度的升高而增大，这也是一条普遍的规律，是我们应该了解的．