Question

7．小雨在拆装手电筒时，发现手电筒的小灯泡上标有“0.3A”的字样，但上面的电压值模糊不清，他想通过实验测定小灯泡的额定功率，图甲为他所连接的实验电路（滑动变阻器的最大阻值为50Ω）．
（1）请将该实物图连接完整．（滑动变阻器P端向右移动时电流表示数变大）
（2）他将电路连接完整，检查无误后闭合开关，发现此时小灯泡不变，电流表指针几乎为零，电压表有明显偏转，故障的原因是：灯泡断路．排除故障后，直接读得电流表的示数为0.2A，电压表的示数为2V．
（3）当把滑动变阻器的滑片移动到某一位置时，电流表示数为0.32A，由此时应将滑片向B（选填“A”或“B”）．
（4）当把滑动变阻器的滑片移到中点时，电流表的示数如图乙所示，那么此时小灯泡的额定电阻是15Ω，额定功率是1.35W（电源电压不变）．
（5）细心的小雨还发现通过这两次实验计算出的灯泡电阻不同，请你说出不同的原因：灯丝电阻随温度升高而增大．

Answer 1

分析 （1）将滑动变阻器串联在电路中，并要接一上一下，滑动变阻器P端向右移动时电流表示大，则电阻应变小，从而确定变阻器下面所接的接线柱；
（2）灯泡不亮，电流表指针示数为零，则与电压表并联的电路断路；
（3）若使电路中的电流变小，则变阻器的阻值变大，可判断出滑片的移动方向；
（4）刚闭合开关时，滑动变阻器的阻值最大，由（2）中数据求出滑动变阻器两端的电压，求出电源电压，根据乙图读出电流表的示数，等于灯泡的额定电流，根据U=IR计算出滑动变阻器的电压，由电源电压及串联电路的电压特点计算出灯泡两端的电压，根据P=UI计算出灯泡的额定电阻和额定功率；
（5）灯丝的电阻随温度的升高而增大，不同温度下的电阻不同．

解答 解：（1）将电流表串联在电路中，电压表与灯泡并联，滑动变阻器串联在电路中，已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图所示：

（2）小灯泡不亮，电流表示数几乎为零，说明电路断路，电压表指针有明显偏转，则说明电压表到电源两极电路是完好的，与电压表并联的灯泡断路；
（3）由题意知，灯泡的额定电流为0.3A，此时电路中的电流为0.32A，大于额定电流，为使灯泡正常发光，应增大滑动变阻器的阻值，将滑片向B端滑动，使电流表的示数为0.3A；
（4）由（2）知，刚闭合开关时，变阻器的阻值为50Ω，电路中的电流为0.2A，所以变阻器两端的电压：U滑=IR_滑=0.2A×50Ω=10V；
则电源电压为：
U=2V+10V=12V；
由图知，当把滑动变阻器的滑片移到中点时，电路中的电流为0.3A，灯泡正常发光，此时变阻器的阻值为$\frac{1}{2}$×50Ω=25Ω；
变阻器两端的电压：U_滑=IR_滑=0.3A×25Ω=7.5V；
可知灯泡的额定电压：U_额=12V-7.5V=4.5V；
灯泡的额定电阻：
R=$\frac{{U}_{额}}{I}$=$\frac{4.5V}{0.3A}$=15Ω；
额定电功率：
P=U_额I=4.5V×0.3A=1.35W；
（5）灯丝的电阻随温度的升高而增大，电压变化，灯泡的功率变化，则灯丝的温度变化，所以计算出的电阻值不同．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡断路；（3）B；（4）15；1.35；（5）灯丝电阻随温度升高而增大．

点评 本题是测量小灯泡额定功率的实验，考查了电路的连接、电路故障的分析，这些是电学实验的常考内容，同时考查了电功率和电阻的计算，根据欧姆定律及串联电路的特点得出电源电压的大小是关键．