Question

19．如图甲是小明和同学做“测定小灯泡额定电功率”实验的电路，电源电压为6V，已知小灯泡正常工作时的电压为2.5V，正常发光时灯丝的电阻约为10Ω．
（1）请你用笔画线代替导线把未连接完的实物电路连接成正确的完整电路（要求：导线不交叉且滑动变阻器滑片向右移动灯泡变亮）．
（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于A端（选填“A”或“B”）．若实验室有三种规格的滑动变阻器，分别是甲“10Ω 1A”、乙“20Ω 0.5A”、丙“50Ω 0.2A”，则小明应选用乙（选填“甲”、“乙”或“丙”）．
（3）若闭合开关，灯泡不亮，经检查灯丝断了，则电流表指针偏转情况是无偏转；电压表指针偏转情况是超满偏，电压表损坏．
（4）更换相同规格灯泡后，当滑动变阻器的滑片在某一位置时，电压表的示数如图乙所示，为了使灯泡正常发光，应将滑片向右（选填“左”或“右”）移动；小明进一步测量并描绘出小灯泡的电流随电压变化的曲线如图丙所示，通过图象可知小灯泡正常发光时的电功率为0.75W．
（5）另一位同学在连接好电路后，闭合开关，在移动滑动变阻器滑片P的过程中发现：灯泡变亮时电压表示数变小；灯泡变暗时，电压表示数变大．经检查所用器材完好，出现这种现象的原因可能是电压表与滑动变阻器并联了．
（6）他们继续用图甲所示装置来探究“电流与电压的关系”．首先把5Ω的电阻接入原来小灯泡的位置，调节滑动变阻器依次测得数据如表一所示．由表一可归纳出：在电阻不变的情况下，导体中的电流跟它两端的电压成正比．接着他们探究“电流与电阻的关系”．其操作步骤是分别把5Ω、10Ω、15Ω的电阻接入原小灯泡的位置，立即闭合开关记录读数如表二所示．由表中的实验数据发现，通过导体的电流跟它的电阻不成反比，其原因可能是遗漏了重要的操作步骤，此步骤是：调节滑动变阻器的滑片，使定值电阻两端的电压相等．
表一

次数	电阻R=5Ω
	电压U/V	电流I/A
1	1.0	0.2
2	1.5	0.3
3	2.0	0.4

表二

次数	电阻R/Ω	电流I/A
1	5	0.24
2	10	0.20
3	15	0.16

Answer 1

分析 （1）根据滑片向右灯泡变亮确定下面所接接线柱；
（2）为保护电路，闭合开关前，应将滑片移至最大阻值处；
计算出灯泡正常发光时，滑动变阻器的电阻，分析得出结论；
（3）若电路断路，则电路中没有电流，断开电路两端的电压约等于电源电压；
（4）根据图乙读出电压表的示数，要使灯泡两端的电压增大，应减小滑动变阻器的阻值；
根据图示确定电压为2.5V时的电流，由P=UI计算出电功率的值；
（5）根据串分压的知识和及欧姆定律进行分析，滑动变阻器的电阻变大，其两端的电压会变大，灯泡两端的电压会变小；
（6）在电阻不变时，$\frac{U}{I}$的比值是定值，电流跟电压成正比，否则不成正比．
由欧姆定律知，电压一定时，电流跟电阻成反比，实验发现，电流跟电阻不成反比，没有控制好前提条件不变．

解答 解：（1）滑动变阻器滑片向右移动灯泡变亮，滑动变阻器的电阻应变小，所以下面应接右边的接线柱，如图所示：

（2）滑动变阻器的下面接了右边的接线柱，所以应将滑片移至最左端即A端，使其阻值最大；
当灯泡正常发光时，变阻器两端的电压U_滑=6V-2.5V=3.5V；
额定电流大约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
此时滑动变阻器的电阻应为：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；甲的电阻太小，丙的电阻太大，乙比较适合；
（3）若灯丝断了，则电路中无电流，电压表两端的电压等于电源电压；
由于电压表的量程为0～3V，电源电压为6V，所以电压表可能被损坏；
（4）由图乙所示，灯泡两端的电压等于2.2V，低于额定电压，要使灯泡正常发光，需减小滑动变阻器的阻值，将滑片向右端滑动；
由图丙知，当U=2.5V时，电流I=0.3A，所以额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（5）灯泡变亮，说明电流变大，此时灯泡两端的电压变大，滑动变阻器两端的电压变小，电压表的示数变小，说明电压表与滑动变阻器并联了；
（6）由表一得：$\frac{U}{I}$=定值，所以在电阻一定时，电流跟电压成正比．
探究电流跟电阻关系时，要保持电压不变．
实验时，分别把5Ω、10Ω、15Ω电阻接入原灯泡位置，立即闭合开关，原灯泡位置接入的电阻越大，分担的电压越大，没有保持电阻两端的电压不变，所以得到电流跟电阻不成反比．
实验时，应该把5Ω、10Ω、15Ω电阻接入原灯泡位置时，调节滑动变阻器滑片，使定值电阻两端电压相等．
故答案为：（1）见上图；（2）A；乙；（3）无偏转；超满偏，电压表损坏；（4）右；0.75；（5）电压表与滑动变阻器并联了；（6）正；调节滑动变阻器的滑片，使定值电阻两端的电压相等

点评 本题是测量小灯泡功率的实验，考查了滑动变阻器的应用，电表的读数及电功率的计算，并且涉及到研究电流与电压关系中控制变量法的应用．