题目内容
12．小红用如图甲所示的电路测定小灯泡的额定功率，小灯泡的额定电压为2.5V，灯丝电阻约为8Ω． 除小灯泡外，实验室提供的器材有：电压为6V的电源，电流表（0～0.6A 0～3A），电压表（0～3V 0～15V），滑动变阻器R1（20Ω 1.5A），滑动变阻器R2（5Ω 1A），开关一个，导线若干．实验前小红经过分析，电流表选用了（0～0.6A）量程．
（1）为保证实验的顺利进行，提高实验的准确性，电压表量程应该选0～3V，滑动变阻器应该选R1．
（2）请按照小红设计的电路图，帮助她用铅笔画线代替导线，把乙图中实物连接图补充完整．
（3）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到最右端（选填“左”或“右”）；若连好电路闭合开关瞬间，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表指针迅速摆过满刻度线，则故障可能是灯泡断路（写出一种即可）．实验中，由于某种原因，导致电压表的示数变为零，电流表的示数增大，则电路可能出现的故障是灯泡短路．
（4）排除故障后，移动滑片P到某一位置时，发现电压表示数为2.0V，若想测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片P向左（选填“左”或“右”）端移动．
（5）经过多次实验收集数据，画出如图所示的U-I图象，计算出小灯泡的额定功率是0.625W．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：灯丝电阻与温度有关．
（6）不改变上面连好的电路，还可以完成的实验有：测小灯泡的电阻．（写出一个即可）．
分析 （1）电压表应与灯泡并联，根据额定电压选择量程．由串联电路特点求出滑动变阻器两端电压，然后由欧姆定律求出滑动变阻器的最大阻值．
（2）在连接电路时，滑动变阻器与灯泡串联，滑动变阻器有4个接线柱，选择一上一下串联在电路中．
电流表串联在电路中，电压表与灯泡并联，并注意其量程和正负接线柱的接法．
（3）滑动变阻器在电路中可以保护电路，闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移动到阻值最大的位置．
闭合开关灯泡不亮，可能是灯泡断路或短路或灯泡之外的电路断路；电流表无示数可能是电路断路；电压表示数接近6V，等于电源电压，说明电压表与电源两端相连，电压表并联电路之外，不存在断路；综合分析知电路故障原因是：灯泡断路．
若电流表有示数；电压表无示数，说明电压表并联的电路存在短路；即可能是灯泡短路．
（4）因为滑动变阻器可以改变灯泡两端电压．根据串联电路的分压特点和欧姆定律判断如何使灯泡两端的实际电压达到额定电压；
（5）额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，根据图丙读出灯泡的额定电流，再根据P=UI求出灯泡的额定功率；图象不是直线说明电压与电流的比值即电阻是变化的，可以从影响电阻大小的因素进行分析．
（6）不改变以上电路我们还可以做实验：①滑动变阻器改变电路中的电流，②测小灯泡电阻；③电压变化不太大的范围内研究电流跟电压的关系．
解答 解：（1）电压表应与灯泡并联，由于灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表应选择0～3V的量程．
灯泡正常发光时，滑动变阻器两端电压：U滑=U-UL=6V-2.5V=3.5V，
灯泡正常工作的电流I=$\frac{{U}_{额}}{R}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=0.3125A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑动变阻器的接入电路的阻值：R滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3125A}$=11.2Ω＞5Ω．
所以应选择滑动变阻器R1．
（2）电压表应与灯泡并联，应选择0～3V的量程．电流从电压表和电流表的正接线柱流入，从负接线柱流出．滑动变阻器已经选定了上面接线柱，可选择下面左边的一个接线柱串联在电路中．如图所示：
（3）闭合开关前，为了保护电路应将滑动变阻器的滑片移动到阻值最大的位置，即滑动变阻器的最右端．
若连好电路闭合开关瞬间，发现小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路中有断路故障；电压表指针迅速摆过满刻度线，说明电压表与电源两极是连通的，所以故障原因可能是灯泡断路．
实验中，由于某种原因，电流表的示数增大，说明电路中的电阻变小，可能的故障是灯泡出现短路，导致电压表也被短路了，电压表的示数变为零．
（4）此时电压表示数为2.0V＜2.5V，根据串联电路的电压规律可知，电阻大的分担的电压多，要想让灯泡的电压变大，可以让变阻器的电压变小，应使滑动变阻器的阻值变小即可，所以应将滑动变阻器向左移动．
（5）由图丙知，U=2.5V时，通过灯泡的电流I=0.25A，
则灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
由图象可知，电压和电流的比值是变化的，即小灯泡灯丝电阻随电压增大而增大，造成灯丝电阻变化的实际原因是灯丝电阻与温度有关，灯丝温度越高，灯丝电阻越大．
（6）由图甲电路图可知，我们可以测出电路中的电流以及电阻两端的电压，那么我们可以利用这个电路来测小灯泡的电阻（或用滑动变阻器改变电路中的电流；在电压变化不太大的范围内研究电流跟电压的关系）．
故答案为：（1）0～3V；R1；（2）见上图；（3）右；灯泡断路；灯泡短路；（4）左；
（5）0.625；灯丝电阻与温度有关，灯丝温度越高，灯丝电阻越大；（6）测小灯泡的电阻．
点评 本题考查了电路分析、求滑动变阻器最大阻值、电流表读数、求灯泡额定功率、电路故障现象分析、实验设计、判断实验方案是否可行等问题，本题难度较大；实验时要选择合适的实验器材规格．
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