Question

15．实验室购买了一批规格为“2.5V 0.8W”的小灯泡，为检测所购灯泡是否合格，小刚利用其中一只灯泡来做测量小灯泡电功率的实验．
（1）在检查仪器时，发现电流表的指针如图甲所示，则存在的问题是电流表没有调零

（2）（1）中问题解决后，如图乙所示是小刚连接的实验电路，其中有一根导线连接错误，请你在错误的导线上画“×”，并在图中改正（导线不许交叉）．
（3）电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来他最应该进行的操作是移动滑片观察灯泡是否发光．
（4）小刚设计的实验记录表格如下表，请你指出表格中的问题：设计了电功率的平均值一栏；

实验次数	电压/V	电流/A	电功率/W	电功率的平均功率/W
1
2
3

小刚又根据实验数据绘制成了U-I图象如图丙，根据图象提供的信息，可计算出小灯泡正常发光时的电功率是0.5W，如果生产这种小灯泡的钨丝长度是一定的，则这个小灯泡的钨丝的横截面积比合格产品细（填“粗”或“细”）．
（5）小刚的同学小明选择另一个灯泡，想通过实验来比较灯泡“实际电压是额定电压一半时的电功率P₁”和“实际电流是额定电流一半时的电功率P₂”的大小．聪明的小刚根据小灯泡灯丝电阻随温度的升高而增大的规律，没有通过实验也比较出了它们的大小，P₁大于P₂（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（6）若小刚想接着研究电流与电压的关系．需要补充的实验器材是定值电阻．

Answer 1

分析 （1）使用电流表前应对电流表进行调零，使指针指在零刻度线上；
（2）掌握实物电路的连接，特别注意电流表、电压表和滑动变阻器的接法，电压表应与灯泡并联；
（3）若电流表、电压表均有示数，则灯泡不亮可能是实际电压太低造成；
（4）根据灯丝的电阻随温度的升高而增大来进行分析；
根据图象确定额定电流，根据P=UI计算出电功率；
将灯泡的测量功率与标的额定功率比较，根据电功率的大小判断出电阻的大小，从而得出钨丝的粗细．
（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．
（6）要探究电流和电压的关系，应使电阻不变．

解答 解：（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调零，使指针指在零刻度线上；
（2）由图知，电压表串联在电路中了，应该并联在灯泡两端，即灯泡右端接线柱与电流表的连线错误，因此将此导线与电压表左端接线柱相连，如图所示：

（3）电流表、电压表均有示数，则灯泡不亮的原因是灯泡两端的实际电压过低造成，此时应减小滑动变阻器的阻值，观察灯泡是否发光；
（4）灯丝的电阻与温度有关，所以不同电压下的电阻不同，不应该设置电功率的平均值一栏；
由图象知，当灯泡两端的电压为2.5V时，灯泡中的电流大约等于0.2A，则P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$得，灯丝的电阻偏大，长度和材料相同，则这个小灯泡的钨丝的横截面积比合格产品细．
（5）因为P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，所以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；
因为P=I²R，所以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；
（6）若想接着探究电流与电压的关系，需保持电阻不变，所以还需补充定值电阻．
故答案为：（1）电流表没有调零；（2）见解答图；（3）移动滑片观察灯泡是否发光；（4）设计了电功率平均值一栏；0.5；细；（5）大于；（6）定值电阻．

点评 本此题是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，功率的计算，同时考查了比较灯泡实际功率大小，有一定的难度．