Question

4．在“测量小灯泡的电功率”的实验中，选用如图甲所示的器材，其中电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V（灯丝电阻约为12Ω）．
（1）为了能够顺利完成实验探究，下列两种规格的滑动变阻器应选用B．
A．“10Ω0.5A”的滑动变阻器．B．“50Ω  0.5A”的滑动变阻器．
（2）用笔画线代替导线，将图甲所示的实物电路连接完整．
（3）根据实验测得的数据，绘制小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图象，分析图象可知：小灯泡的额定功率为0.5W．
（4）实验中观察到：当小灯泡两端电压低于0.5V时小灯泡不发光，根据图象分析其原因实际电功率太小．
（5）完成上述实验后，小华在缺少电压表的情况下，根据绘制出的小灯泡电流与电压关系图象设计出了一个测未知定值电阻的电路，如图丁所示，请根据电路图写出其中一次测量的实验步骤①开关S₁闭合，S₂断开，调节滑动变阻器的滑片至电流表的示数为0.25A②开关S₁断开，S₂闭合，保持滑动变阻器滑片不动，读出电流表示数I表达式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

Answer 1

分析 （1）由串联电路特点和欧姆定律计算灯泡正常发光时变阻器连入的阻值，从而确定变阻器的规格；
（2）连接实物图，要确定电流表的量程，知道灯泡电压和电阻，根据欧姆定律来确定电流表量程，滑动变阻器已经连接好．
（3）由图象读出灯泡电压为2.5V时的电流，由P=UI计算其额定功率；
（4）灯泡亮度由实际功率决定，由此分析解答；
（5）根据计算电阻的公式R=$\frac{U}{I}$，要分别找出电阻两端电压，和通过电阻的电流，结合电路图确定实验步骤．

解答 解：
（1）测量小灯泡的电功率实验中，灯泡L与滑动变阻器串联，电压表测灯泡两端电压，电流表测电路中电流，
由题知灯泡正常发光时电路中电流约为：I=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，由串联电路特点可知：
I=I_R=I_L=0.21A，
此时变阻器连入阻值：R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.21A}$≈16.7Ω，
所以应选择滑动变阻器的规格为50Ω 0.5A；
（2）由（1）可知，I=0.21A，电流表选择小量程即可，将电流表0.6A接线柱与灯泡左端接线柱连接即可，如下图所示：

（3）由图象可知，当灯泡电压为2.5V时的电流为0.2A，
所以灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）根据灯泡的亮度由实际功率决定，由图象知，当灯泡两端电压小于0.5V时，电流为0.1A，由P=UI知灯泡实际功率非常小，所以灯泡不发光；
（5）根据电阻计算公式R=$\frac{U}{I}$，需要找出电阻两端电压，通过电阻的电流，结合电路图步骤如下：
①开关S₁闭合，S₂断开，调节滑动变阻器的滑片至电流表的示数为0.25A；
②开关S₁断开，S₂闭合，保持滑动变阻器滑片不动，读出电流表示数I；
根据图象丙，当通过灯泡电流为0.25A时，灯泡两端电压U=2.5V，由并联电压规律U_x=U_灯=2.5V，当开关S₁断开，S₂闭合时，电流表测总电流，由并联电流规律I_x=I-0.25A，
Rx=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．
故答案为：（1）B；（2）见上图；（3）0.5；（4）实际电功率太小；
（5）①开关S₁闭合，S₂断开，调节滑动变阻器的滑片至电流表的示数为0.25A；
②开关S₁断开，S₂闭合，保持滑动变阻器滑片不动，读出电流表示数I；
③$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

点评 本题考查了滑动变阻器的选择、实物图的连接、实验操作、欧姆定律的应用、电表的读数、电路故障判断、功率计算等知识点，考查的知识点较多，要求学生有较强的能力．