Question

5．在“测量小灯泡的电功率”实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω，有两个规格分别为“10Ω  1A”、“50Ω  2A”的滑动变阻器，电源电压为9V．

（1）本实验中应该选择规格为50Ω 2A的滑动变阻器；
（2）图甲中已有部分电路连好，请用笔画线代替导线将电路连接完整；
（3）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图乙所示，则接下来的操作是调零．正确连接好电路，闭合开关后，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，灯泡都不亮，电压表示数接近9V，电流表示数几乎为0，电路的故障可能是灯泡断路；
（4）排除电路故障后，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，多次测量，并绘制了通过小灯泡的电流随其两端电压变化的关系图象如图丙所示，则小灯泡的额定功率为0.5W．在多次测量中还发现：当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比变大（填“变大”、“变小”或“不变”），导致这一结果的原因是灯丝的电阻随温度的升高而变大；
（5）整理器材时发现滑动变阻器的PA部分比PB部分热，原因是滑动变阻器PA部分接入电路有电流通过由于电流热效应发热，PB未接入电路，根据Q=I²Rt，两部分的电流相同，通电时间相同，由于PA的电阻大于PB的电阻，所以PA部分产生的热量多，比较热．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）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；
（3）①由图知，电流表指针没有指在零刻度线上，使用电流表前应对电流表进行机械调零，使指针指在零刻度线上；②闭合开关灯泡不亮，可能是灯泡断路或短路或灯泡之外的电路断路；电流表无示数可能是电路断路；电压表示数接近9V，等于电源电压，说明电压表与电源两端相连，电压表并联电路之外，不存在断路；综合分析知电路故障原因是：灯泡断路；
（4）已知灯泡的额定电压，通过图象得到额定电压下的电流，利用公式P=UI得到灯泡的额定功率；灯丝电阻受温度的影响，变化较明显，并且温度越高，电阻越大；
（5）根据焦耳定律结合串联电路电流及电阻的关系进行判断．

解答 解：（1）灯泡正常发光时，电路中的电流：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
则滑动变阻器两端的电压：U_滑=U-U_L=9V-2.5V=6.5V，
此时滑动变阻器接入电路的阻值为：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6.5V}{0.25A}$=26Ω，大于滑动变阻器“10Ω1A”的最大阻值，因此应选规格为“50Ω2A”的滑动变阻器；
（2）灯泡的额定电压是2.5V，电压表应选0～3V量程，灯泡正常发光时的电流为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，则电流表应选0～0.6A量程，电流表、滑动变阻器串联接入电路，电压表并联在灯泡两端，电路图如图所示：

（3）①电流表指针没有指在零刻度线上，应先对电流表调零；②电路正确连接后，闭合开关，移动滑片P，发观灯泡总不亮，且电流表无示数，但电压表示数接近9V，则故障原因可能是灯泡断路；
（4）①由图象知，在额定电压下，通过灯泡的电流为0.2A；
则灯泡的额定功率：P_额=U_额I=2.5V×0.2A=0.5W；
②灯丝的电阻随温度的升高而变大，所以电压与电流的比值--电阻是变大的；
（5）滑动变阻器PA部分接入电路有电流通过由于电流热效应发热，PB未接入电路，根据Q=I²Rt，两部分的电流相同，通电时间相同，由于PA的电阻大于PB的电阻，所以PA部分产生的热量多，比较热．
故答案为：
（1）50Ω 2A；
（2）见上图；
（3）调零；灯泡断路；
（4）0.5；变大；灯丝的电阻随温度的升高而变大；
（5）滑动变阻器PA部分接入电路有电流通过由于电流热效应发热，PB未接入电路，根据Q=I²Rt，两部分的电流相同，通电时间相同，由于PA的电阻大于PB的电阻，所以PA部分产生的热量多，比较热．

点评 本题考查了电路故障分析、求灯泡额定功率、灯泡电阻与温度的关系、电功率的变化以及滑动变阻器规格的选择，设计的知识点多，综合性较强，具有一定的代表性．