题目内容
【题目】某物理兴趣小组的同学做“测量小灯泡的电功率”和“探究电流与电压关系”的实验，电源两端电压恒定，小灯泡的额定电压为2.5V，设计的电路如图甲所示，操作如下：
(1)如图甲是一位同学测量小灯泡电功率所连的电路，请将甲图中的实物电路连接完整，要求滑动变阻器的滑片向右滑动时电路中的电流变小，且导线不允许交叉；
（______）
(2)改正好实物图后，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大端，闭合开关，记录两电表示数；移动滑片，观察并记录多组数据，绘制如图乙所示的U-I图像，则小灯泡的额定功率为_____W。 实验中，当电流表示数为I0（I0<0.30A）时，小灯泡的电功率为P1；
(3)断开开关，用定值电阻替换小灯泡，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大端，闭合开关，读出两电表示数，并记录在表格中；移动滑片，测出多组数据，记录在表格中。分析表格中的数据可知：当电阻一定时， 通过导体的电流与导体两端电压成________。 实验中，当电流表示数仍为I0时，定值电阻的电功率为P2，则P1、P2的大小关系为P1____P2 （选填： 大于、小于、 等于）；
探究电流与电压关系的实验数据表
实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 |
电压/V | 0.9 | 1.5 | 2.5 | 3.0 |
电流/A | 0.18 | 0.30 | 0.50 | 0.60 |
(4)若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端，电路的总功率为_______W。
【答案】
1 正比 < 1.8
【解析】
(1)[1] 滑动变阻器的滑片向右滑动时电路中的电流变小，即电阻变大，故滑动变阻器左下接线柱与开关右边接线柱连接，电压表与小灯泡并联，故小灯泡的左边接线柱与滑动变阻器的左上接线柱连接，如图所示：
(2) [2]因灯的额定电压为2.5V，由图可知当灯的电压为2.5V时，灯的额定电流为0.4A，故灯的额定功率：
P=UI=2.5V×0.4A=1W；
(3)[3]由表中数据可知，电压与对应的电流之比为一定值，即当电阻一定时，通过导体的电流与导体两端电压成正比；
[4]由欧姆定律可知，定值电阻的大小：
R=
=
=5Ω，
因P1、P2的变化关系是单调的，故可用特殊值法确定其大小关系：可设I0=0.20A，由图知，灯的电压U1=0.5V，则小灯泡的电功率为：
P1=U1I0=0.5V×0.2A=0.1W；
此时定值电阻的功率：
P2=I02×R=（0.2A）2×5Ω=0.2W，
则P1、P2的大小关系为P1< P2；
(4)[5]设变阻器的最在电阻为R滑，按图甲连接电路，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大端，闭合开关，记录两电表示数；移动滑片，观察并记录多组数据，绘制如图乙所示的U-I图象，可知，此时对应的电流为为I0=0.2A，根据欧姆定律和串联电路的规律，电源电压：
U=I0R滑+UL=0.2A×R滑+0.5V-----①；
在(3)中，断开开关，用定值电阻替换小灯泡，将滑片移到滑动变阻器的阻值最大端，闭合开关，读出两电表示数，并记录在表格中，此时电压为U′=0.9V，对应的电流I′=0.18A，根据欧姆定律和串联电路的规律，电源电压：
U=I′R滑+U′=0.18A×R滑+0.9V-----②；
由①②得，电源电压：U=4.5V，若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端，由串联电路各处的电流都相等，只有当电路中的电流为0.4A时，灯的电压为2.5V，定值电阻的电压为：
U定=IR=0.4A×5Ω=2V，
符合串联电路各部分电压和等于总电压的规律。故若把小灯泡和定值电阻串联后直接接到此电源两端，电路的总功率为：
P总=UI=4.5V×0.4A=1.8W。
