Question

5．在“测量小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，滑动变阻器 上标有“10Ω  1A”的字样．

（1）图甲是晓岑同学没有连接完的电路，请你用笔画线代替导线，将电路连接完整．
（2）连接电路后，晓岑闭合开关，发现电流表有示数但小灯泡不亮，电压表读数为零，故障的原因可能是灯泡短路（或电压表短路）．（写出一种）
（3）故障排除后，晓岑再次闭合开关测量小灯泡的额定功率，但是发现电压表的示数为1V，此时应将滑动变阻器的滑片向左（选填“左”或“右”）滑动，直到电压表的示数为2.5V时为止，此时电流表读数如图乙所示，则小灯泡的额定功率为0.75W．
（4）晓岑根据测得的几组数据做出了图丙所示的U-I图象，发现电流与电压不成（选填“成”或“不成”）正比，原因是灯丝电阻随温度而变化．
从图象中还可以发现，灯泡的实际功率随实际电压的增大而，增大．
（5）为了考察同学们的能力，老师拿来了一个已知额定电流为0.2A，但额定电压未知的小灯泡，一个已知阻值为R的电阻和两个开关S₁、S₂，利用上面的部分器材为同学们设计了如图所示的电路，来测量小灯泡的额定功率，请你将下列实验步步补充完整；
①闭合S、S₁，断开S₂（填开关S、S₁、S₂的通断情况），调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为0.2R．
②闭合开关S、S₂，断开S₁，B（选填“A”或“B”．A：适当调节滑动变阻器的滑片；B：保持滑动变阻器的滑片不动）；读出电压表的示数为U．
③灯泡额定功率的表达式为：P=0.2A×（U-0.2R）．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程且与灯泡并联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（2）电流表有示数说明电路通路，电压表读数为0说明电压表测量导线的电压即灯泡短路或电压表短路；
（3）额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，灯泡两端电压由1V增大到2.5V时，电路中的电流要增大，需要减小电路电阻即减小滑动变阻器的电阻；根据电流表的量程和分度值读出电流表的示数，然后根据P=UI求出灯泡的额定功率；
（4）由图象可知，通过灯泡的电流与两端的电压不成正比，原因是灯泡的电阻随温度的变化而发生改变，由图象可知通过灯泡的电流随两端电压的变化，根据P=UI可知实际功率的变化．
（5）在缺少电流表情况下，电压表和定值电阻就相当于电流表，通过开关的转换，使电压表测出不同的电压值，最终测算出灯泡额定电流对应的额定电压，根据P=UI求解．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表的量程为0～3V，且与灯泡并联；
滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，如下图所示：

（2）闭合开关，发现电流表有示数但小灯泡不亮，电压表读数为零，故障的原因可能是灯泡短路或电压表短路；
（3）要测灯泡的额定功率，应使灯泡两端的电压为2.5V，即电压表的示数为2.5V，
使电压表的示数由1V增大到2.5V时，应增大电路中的电流，减小电路中的总电阻，即滑动变阻器电阻减小，滑片向左端移动；电流表选择0～0.6A量程，分度值为0.2A，所以电流表的示数为0.3A，
灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）由图象可知，通过灯泡的电流与两端的电压不成正比，原因是灯丝电阻随温度而变化；
由图象可知，灯泡两端的电压增大时，通过的电流也增大，根据P=UI可知灯泡的实际功率随实际电压的增大而增大．
（5）当通过灯的电流为0.2A时，灯正常发光，所以，首先通过移动滑片，使定值电阻R两端的电压为0.2×R，故应闭合开关S、S₁断开S₂，保持滑片的位置不动，闭合开关S、S₂，断开S₁，此时电路的连接关系没有改变，各元件两端的电压也没有发生改变，只是电压表由原来测定值电阻R的电压改为测量灯和定值两端的总电压，灯仍正常工作，所以此时电压表示数U减去0.2R即为灯正常工作时的电压，所以本题的操作步骤为：
①闭合开关S、S₁断开S₂，调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为0.2R；
②闭合开关S、S₂，断开S₁，保持滑动变阻器的滑片不动，读出电压表的示数为U；
③灯泡额定功率的表达式为：P=0.2A×（U-0.2R）．
故答案为：（1）电路图如上图所示；
（2）灯泡短路（或电压表短路）；
（3）左；0.3；1.14；
（4）不成；灯丝电阻随温度而变化；
（5）①闭合开关S、S₁；0.2R；
②保持滑动变阻器的滑片不动；
③0.2A×（U-0.2R）．

点评 本题测量小灯泡电功率，考查电路的连接、电路的故障分析、操作过程电功率的计算、影响电阻大小的因素，在缺少电流表情况下设计实验方案的能力等知识，综合性强，有一定难度．