题目内容

3．在“测量小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5伏，电阻大约为10欧，电源电压为6V

（1）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．（要求：滑动变阻器的滑片向右滑动时，电流表的示数减小）
（2）小明正确连接电路后，闭合开关，发现无论怎样调节滑动变阻器灯泡都不亮，小明分析后确定是灯泡的故障．若电流表没有示数，电压表有示数且接近电源电压，可以判断灯泡断路；若电流表有示数，电压表几乎没有示数，可以判断灯泡短路．
（3）故障排除后重新闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置时，电压表的示数如图乙，若要测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑片P向A（填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为2.5伏；
（4）小金同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的图象．根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5瓦．该图象不是直线，主要原因是灯丝电阻随温度升高而增大．

（5）在没有电压表、只有电流表的情况下，小红增加了一只10Ω的定值电阻R并利用原有器材，也测出了额定电压为2.5V小灯泡的额定功率．步骤如下：
①按照如图丁所示的电路图正确连接实物电路；
②闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.25A时，灯泡正常发光；
③断开开关，保持滑动变阻器滑片P的位置不变，将电流表改接在灯泡所在支路中，再闭合开关，读出电流表示数I；
④小灯泡额定功率的表达式为P额=U额I（或2.5V•I）．

分析 （1）滑片P向右移动电流表示数变小说明接入电路的电阻变大即接入电路的电阻变大，然后根据滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；电压表与灯泡并联，根据灯泡的额定电压判断电压表的量程；
（2）电流表有示数，说明电路为通路；小灯泡不亮，电压表无示数，说明小灯泡短路或电压表短路；
小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路断路或电路中的总电阻太大；电压表有示数，说明与电压表与电源是连通；
（3）由串联电路的电压特点--电压和电阻成正比，来分析滑动变阻器的滑片移动情况．
（4）从图象上找到额定电压对应的点，读出对应的电流，利用P=UI计算额定功率．
该图象不是直线，即电压和电流的比值不是定值，说明小灯泡发光的过程中，影响电阻大小的因素是存在的；
（5）②定值电阻R和电流表相当于电压表；
③保持滑片的位置不变，将电流表与灯串联，根据各元件两端的电压不变，读出电流表示数即可；
④根据P额=U额I求小灯泡的额定功率．

解答 解：（1）滑片P向右移动电流表示数变小说明接入电路的电阻变大，故滑动变阻器的左下方接线柱应与定值电阻串联；电压表与灯泡并联，因为灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表的量程为0-3V；如下图所示：

（2）若小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路断路或电路中的总电阻太大；电压表有示数，说明电压表与电源是连通的，所以小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，原因是小灯泡断路；
若电流表有示数，说明电路为通路；小灯泡不亮，电压表无示数，说明小灯泡短路或电压表短路；
（3）电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.2V，而额定电压为2.5V，故应使小灯泡两端的电压增大，就应该让滑动变阻器两端的电压减小，就必须把滑动变阻器的阻值调小，即滑片向A移动．
（4）由图象知，当灯的电压是2.5V时，对应的电流值为0.2A，额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
小灯泡的电流随电压变化的图象不是一条直线，说明小灯泡的电阻不是定值，并且灯丝的电阻随电压的增大而升高，即灯丝的电阻随温度的升高而增大．
（5）②小红增加了一只10Ω的定值电阻R，因当电流表示数为I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A时，R两端的电压一定为2.5V根据并联电路电压的特点，灯的电压为2.5V，灯一定正常发光，所以，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.25A时，灯泡正常发光；
③断开开关，保持变阻器滑片P的位置或变阻器接入电路的阻值不变，将电流表改接在所在灯支路中，此时电路的连接关系没有改变，只是电流表由原来测通过R的电流变为测通过灯的电流I，R与灯两端的电压与变阻器的电压均保持不变，灯仍正常发光，通过灯的电流I即为灯正常发光时的电流大小．所以，断开开关，保持滑动变阻器滑片P的位置（或滑动变阻器接入电路的阻值）不变，将电流表改接在灯泡所在支路中，再闭合开关，读出电流表示数I；
④小灯泡额定功率的表达式为P额=U额I（或2.5I）．
故答案为：（1）见上图；（2）断路；短路；（3）A；（4）0.5；灯丝电阻随温度升高而增大；（5）②0.25；③滑动变阻器滑片P的位置；U额I（或2.5V•I）．

点评 本题测量小灯泡电功率，考查电路的连接、常见故障的分析、电路的调节、电功率的计算、影响电阻大小的因素等知识，是一道综合题，有一定难度．

练习册系列答案
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（1）灯泡的额定功率．
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（1）你认为小明关于灯泡的亮度由电流大小决定的结论是错误的．
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①将两个小灯泡串联，接到6V的电路中，则通过两灯的电流相等；灯L2两端的电压较大；可观察到灯L2较亮；
②将两个小灯泡并联，接到6V的电路中，则两灯两端的电压相等；通过灯L1的电流较大，可观察到灯L1较亮．
（3）由以上实验可以得出灯泡的亮度由实际功率决定．

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