Question

2．在测定“小灯泡额定电功率”的实验中，电源电压保持不变，小灯泡额定电压为2.5V，电阻约为10Ω．

（1）如图1，连线时开关应断开，滑动变阻器滑到A（选填“A”或“B”）端．
（2）检查电路连接无误，闭合开关后，灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这一现象的原因可能是灯丝断了．
（3）另一组的吴敏同学在连线时，不小心将线接错了，使开关闭合后，移动变阻器滑片P，发现电流表示数变大时，电压表示数却变小，你分析一下产生这个现象的原因是电压表并在滑动变阻器两端．
（4）故障排除后，闭合开关，移动变阻器滑片P到某一点时，电流表示数（如图2甲）所示为0.2A，电压表示数（如图2乙所示）为2V．若他想测量小灯泡的额定功率，应将图中变阻器滑片P向B端（填“A”或“B”）移动，使电压表的示数为2.5V．

实验次数	电压表示数/V	电流表示数/A	灯泡亮度
1	0.5	0.1	不发光
2	2.0		发光较暗
3	2.5		正常发光
4	4.2	0	不发光

（5）记录的部分实验数据和现象如上表所示．分析表中实验数据可知：第1次实验中，小灯泡不发光的原因是滑动变阻器接入阻值太大，所用电源电压为4.2V．
（6）由于刘江粗心大意，没有记录灯泡正常发光时电流表的示数，于是他根据第一次实验数据计算出灯泡电阻：R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{0.5V}{0.1A}$=5Ω，再计算出灯泡的额定功率：P=$\frac{{{U}_{3}}^{2}}{R}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{5Ω}$=1.25W．请你对刘江计算额定功率的方法作出评价：小灯泡的额定功率小于（选填“大于”“等于”或“小于”）1.25W，理由是灯丝电阻随温度的升高而变大．

Answer 1

分析 （1）为了保护电路，连接时，开关应是断开的，滑动变阻器的滑片应放在阻值最大处；
（2）电流表指针几乎不动，电路中无电流，则为断路，电压表有示数，则与电压表并联的之外部分一定完好，据此确定故障所在；
（3）电流表示数变大时，根据欧姆定律可知定值电阻两端的电压变大，根据串联电路的电压特点可知滑动变阻器两端的电压减小，据此判断实验现象的原因；
（4）根据图甲读出电压表示数，根据电压表示数与灯泡额定电压的关系确定滑动变阻器滑片的移动方向；根据图乙读出电流表示数；
（5）第一次实验灯泡不发光，电流表有示数，但是太小，电路电流小，电路总电阻太大，滑动变阻器连入电路的阻值太大；
当滑动变阻器连入电路的电阻减小到一定值时，电路电流增大，灯泡电压增大，超过灯泡的额定电压，烧断灯丝，电压表串联在电路中，电压表测电源电压；
（6）灯泡电压增大，灯泡亮度增大，灯丝温度升高，灯丝电阻随电压的增大而增大；
正常发光时的电阻大于第一次实验时的灯丝电阻，即：R＞5Ω；根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算的额定功率偏大．

解答 解：
（1）连接电路时，开关应断开，滑动变阻器的滑片应放在最大阻值处，即放在A端；
（2）电路中无电流，则为断路，电压表有示数，则与电压表并联的之外部分一定完好，说明与电压表并联的灯泡所在支路断路而导致电压表串联在电路中了，可能的原因是小灯泡断路（或小灯泡坏了或灯座处接触不良）；
（3）闭合开关移动滑片，电流表示数增大，说明电路电阻减小，因串联电路中导体两端电压与其阻值成正比，电压表示数减小，说明并联的电阻减小了，所以原因是电压表并联在滑动变阻器两端了；
（4）由图甲可知，电流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.2A；
由图乙可知，电压表量程是0～3V，最小分度值是0.1V，电压表示数是2V＜2.5V，要使灯泡正常发光，应向B移动滑动变阻器的滑片，减小滑动变阻器接入电路的阻值，使灯泡两端的电压增大，直到电压表示数等于灯泡额定电压为止；
（5）第一次实验不发光，是因为滑动变阻器连入电路电阻较大，使电路总电阻较大，电路电流很小，灯泡的实际功率太小，不能使灯泡发光；
当电路电流增大到一定程度，灯泡电压增大，超过灯泡的额定电压时，灯泡的灯丝被烧断，电压表串联在电路中测电源电压，所以电源电压为4.2V；
（6）第一次实验灯丝电阻为：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.5V}{0.1A}$=5Ω，
灯泡两端电压增大，灯丝温度升高，灯丝电阻增大，
R'＞5Ω，利用功率：P=$\frac{{{U}_{3}}^{2}}{R}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{5Ω}$=1.25W，计算的额定功率偏大，所以灯泡的额定功率小于1.25W．
故答案为：（1）断开；A；（2）灯丝断了；（3）电压表并在滑动变阻器两端；（4）0.2；2；B；（5）滑动变阻器接入阻值太大； 4.2；（6）小于；灯丝电阻随温度的升高而变大．

点评 本题从给定的表格中分析电路正确连接后，灯泡不发光的原因；灯丝烧断，判断电源电压；灯丝电阻与温度的关系；正确计算额定功率的方法；已知条件都包含在表格中，需要学生从表格中搜寻信息，这是关键．