Question

9．在测量小灯泡电功率的实验中，电源电压为4.5V，小灯泡的额定电压为2.5V，小灯泡正常发光时的电阻约为10Ω，实验室有三个滑动变阻器可选：甲为“10Ω，0.5A”，乙为“20Ω，0.2A”，丙为“100Ω，1A”．

（1）此实验选择甲（选填“甲”、“乙”或“丙”）滑动变阻器比较合适．请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整．要求：当滑动变阻器的滑片向左移动时，连入电路的电阻变大．
（2）电路检查无误后，小宇同学闭合开关，电压表示数如图乙，这时他若想测量小灯泡的额定功率，他应将滑动变阻器的滑片向B滑动（选填“A”或“B”）．
（3）小宇同学继续实验，记录多组数据，并绘制成图丙所示的I-U关系图象，根据图象信息，可以得出：小灯泡的额定功率是0.5W；小灯泡的实际功率随实际电压的增大而增大（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）实验结束后，小宇又分别计算出三次实验时灯丝的电阻，发现三次灯丝的电阻并不相等，这是因为温度对灯丝电阻有影响．
（5）乙组同学在研究灯泡电功率变化情况时，想通过测量来比较以下两种情况灯泡电功率的大小关系：①灯泡实际电压为额定电压一半时的电功率P₁；②灯泡实际电流为额定电流一半时的电功率P₂．老师告诉他们不用测量也可以比较，同学们经过分析得出P₁与P₂间正确的关系是P₁＞P₂．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压和电阻可知，通过的电流为0.25A，根据串联电路的电压特点和欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的电阻，即可判断其规格．
根据题目要求确定滑动变阻器的接法，然后把灯泡、电流表、滑动变阻器、开关串联接入电路．
（2）由图示电表确定其量程与分度值，然后读出其示数，根据电压表示数与灯泡额定电压的关系确定滑片的移动方向．
（3）由图示图象求出灯泡额定电压对应的电流，然后由P=UI求出灯泡额定功率，应用P=UI分析灯泡实际功率如何变化．
（4）灯丝的电阻随温度的升高而增大．把灯泡拔出，电路断路，然后分析电表示数变化情况．
（5）如果灯泡电阻不随温度变化，则灯泡电压为其额定电压一半时的电流等于额定电流的一半，其实际功率等于额定功率的四分之一；实际上灯泡电阻随温度升高而增大，所以灯泡实际电压为额定电压一半时的电流大于额定电流的一半，此时灯泡实际功率大于额定功率的四分之一；如果灯泡电阻不随温度变化而变化，电流等于额定电流一半时，灯泡实际功率等于额定功率的四分之一，实际上灯泡温度越低，灯泡电阻越小，通过灯泡电流为其额定电流一半时，灯泡电阻小于灯泡正常发光时的电阻，则灯泡实际功率小于额定功率的四分之一；

解答 解：（1）已知灯泡的额定电压为2.5V时，则正常工作的电流为I=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＞0.2A，可知乙滑动变阻器不可选；
当灯泡正常工作时，滑动变阻器两端的电压为U₁=U-U_额=4.5V-2.5V=2V时，
由I=$\frac{U}{R}$得：滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{0.25A}$=8Ω＜10Ω，
故选择变阻器甲即可；
当滑动变阻器的滑片向左移动时，连入电路的电阻变大，滑动变阻器应接右下接线柱，把电流表、灯泡、滑动变阻器、开关串联接入电路，实物电路图如图所示：

（2）由图乙所示电压表可知，其量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.2V，小于灯泡额定电压，若要测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑片P向B端移动，使电压表的示数为2.5V．
（3）由图丙所示的I-U关系图线可知，灯泡额定电压2.5V对应的电流为0.2A，小灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；由图示图象可知，随U增大电流I增大，灯泡实际功率P=UI增大，由此可知，小灯泡的实际功率随实际电压的增大而增大．
（4）因为灯丝的电阻随温度的升高而增大，而灯泡两端电压发生变化时，灯丝的温度就发生变化，所以计算出三次实验时灯丝的电阻不同．
（5）由于灯泡电阻随温度升高而增大；由图示图象可知：
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，灯泡实际电压为其额定电压一半时，它的实际功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_额，
由P=I²R可知，实际电流等于额定电流一半时，实际功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_额，
故P₁＞P₂．
故答案为：（1）甲；图略
（2）B；
（3）0.5；增大；
（4）温度；
（5）＞．

点评 本题考查测量小灯泡的额定功率实验，考查了连接电路过程中需注意的问题，电流表的读数及功率的计算，同时考查了在没有电压表时测量电功率的方法以及比较灯泡实际功率大小，有一定的难度．