Question

5．小明同学做“测量小灯泡电功率”的实验，已知电源电压约为6V，小灯泡额定电压为2.5V，小灯泡的电阻估计在10Ω左右．

（1）图甲是小明同学设计的电路图，图乙是根据电路图连接的实物图，闭合开关前，应将滑动变阻器滑片移至最右端（填“左”或“右”），实物图中有一处错误或不妥是：电压表选大量程了．
（2）连接电路时，他发现实验桌上有两个滑动变阻器，分别是“10Ω  2A”和“30Ω  1A”，你认为他应该选择规格为“30Ω 1A”的滑动变阻器．
（3）小明选用了合适的滑动变阻器后，闭合开关进行实验，当电压表示数为2V时，电流表示数如丙图所示，小灯泡此时的实际功率为0.6W．要想使小灯泡正常发光，他应将滑片P继续向左（填“左”或“右”）移动，移动时由于操作不当，发现小灯泡闪亮一下后熄灭，电压表有明显示数，而电流表几乎无示数，造成这种现象的原因是：灯泡断路．
（4）小明想：虽然没有测出小灯泡正常发光时的电流，但根据第一组实验数值可以求得小灯泡的电阻，再依据公式P_额=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{R}$仍可以求出小灯泡的额定功率．你认为他的想法合理吗？（若不合理，请说明理由）不合理，因为灯泡的电阻随温度的变化而变化，两次灯泡电阻不相等．

Answer 1

分析 （1）为了保护电路，连接电路时，开关应断开，滑动变阻器的阻值应为最大值；根据灯泡的额定电压确定电压表量程，根据灯泡正常发光时的电流确定电流表量程，把电流表、滑动变阻器串联接入电路，电压表并联在灯泡两端，连线时要注意滑动变阻器的接法；据此判断接线是否正确；
（2）已知灯泡额定电压与灯泡阻值，由欧姆定律可以求出灯泡正常发光时的电流；由串联电路特点求出灯泡正常发光时滑动变阻器两端的电压，然后由欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的阻值，根据该阻值选择滑动变阻器；
（3）①根据电流表指针位置读出电流表示数；利用P=UI即可求出小灯泡的实际功率；
②要使灯泡正常发光，应使灯泡两端的电压和额定电压相等，根据分压原理，判断滑片的移动的方向；
③小灯泡不亮，可能是灯泡断路或短路或灯泡之外的电路存在断路；电流表无示数，可能是电路断路或电流表短路；电压表有示数，说明电压表与电源两极相连，电压表并联电路之外不存在断路；综合分析可知电路故障是小灯泡断路；
（4）灯丝的电阻受温度的影响而发生变化，非额定电压下的阻值不等于额定电压下的阻值．

解答 解：（1）在连接电路时，为防止电路中电流过大烧坏电路元件，开关应断开，滑动变阻器的阻值应为最大值，故应将滑动变阻器滑片移至最右端；
灯泡的额定电压为2.5V，则电压表量程应选0～3V的量程，图中电压表选0～15V量程不妥；
（2）灯泡正常发光时，电路中的电流约为I=$\frac{{U}_{L}}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
则滑动变阻器两端的电压：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V；
此时滑动变阻器接入电路的阻值至少为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω，大于滑动变阻器“10Ω 2A”的最大阻值，因此应选规格为“30Ω 1A”的滑动变阻器；
（3）①由电路图知，电流表量程是0～0.6A，由图示电流表知，电流表的最小分度值是0.02A，电流表示数是
0.3A，此时小灯泡的实际功率：P_实=UI=2V×0.3A=0.6W；
②要使灯泡正常发光，应使灯泡两端的电压达到2.5V，即要增大灯的电压，减小变阻器分得的电压，根据分压原理可知，应减小滑动变阻器接入电路中的电阻，即滑片向左移动；
③电路正确连接后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，出现这一故障的原因可能是小灯泡断路，此时电压表串联在电路中，电压表测量电源电压；
（4）他的想法不合理，因灯泡的电阻受温变影响，根据灯泡在2V的电压下求出的电阻与灯正常发光时的电阻不相等，所以，通过实验得到的额定功率和通过理论计算得到的额定功率值不相同．
故答案为：（1）右；电压表的量程选大了；
（2）30? 1A；
（3）0.6；左；灯泡断路；
（4）不合理，因为灯泡的电阻受温变影响，两次灯泡的电阻不相等．

点评 此题测量小灯泡的电功率，考查了学生对电路的连接、故障分析、器材的选择、电流表读数以及电功率的计算，同时考查了学生对实验方案的评估能力．