题目内容

3．在“测定小灯泡的电功率”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．“10Ω  0.5A”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）闭合开关前，应将图甲中所示的滑动变阻器的滑片滑到A（选填“A”或“B”）端．
（4）闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不发光，电压表有示数，电流表无示数，若电路只有一处故障，则故障原因是小灯泡断路．
（5）排除故障后，闭合开关，移动滑片，电压表的示数如图乙所示，其读数是2.2V；为了测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片向B（选填“A”或“B”）端移动．
（6）根据实验测得的数据，绘制出小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图象（如图丙所示）．分析图象可知：
①小灯泡的额定功率为0.625W．
②小灯泡灯丝电阻是变化的，主要是受温度变化的影响．
③实验中观察到：当小灯泡两端的电压低于0.5V时，小灯泡不发光，根据图象分析其原因是小灯泡实际功率过小．
（7）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：
①①开关S1闭合，S2断开，此时灯泡与电阻并联，它们两端电压相等，调节滑动变阻器，使得电流表的示数分别为0.25A、0.2A或0.1A，则由图象可知，对应的电压分别为2.5V，1.5V，0.5V
②②保持滑片位置不动，断开开关S1，闭合开关S2，此时灯泡与定值电阻并联，电流表测干路电流，记下电流表的读数为I，
通过定值电阻的电流Ix=I-IL=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A
表达式：Rx=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$．

分析 （1）选择滑动变阻器的规格，要从电路需要滑动变阻器的最大电阻和电路允许通过的最大电流考虑：
滑动变阻器的最大阻值要稍大于电路需要滑动变阻器的最大阻值．
滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路最大电流．
（2）根据灯泡正常工作时电流的大约值确定电流表的量程，然后使电流表与灯泡串联连接；
（3）连接电路时，开关处于断开状态，滑动变阻器滑片滑到阻值最大处；
（4）电流表无示数，说明电路有断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连；
（5）根据电压表的量程、分度值以及指针的位置读出电压表示数；根据串联分压特点确定滑片移动方向．
（6）分析图象，得出小灯泡额定电压对应的电流，利用P=UI求出电功率．小灯泡灯丝电阻受温度影响是变化的；小灯泡不发光的原因可能是小灯泡实际功率过小．
（7）要测量未知定值电阻，需测量出未知定值电阻的电压和电流，应用并联电路特点与欧姆定律求出通过未知定值电阻的电流，然后应用R=$\frac{U}{I}$求出未知定值电阻表达式．

解答 解：（1）灯泡正常工作时电流：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.2A．
测定灯泡功率的实验中，灯泡与滑动变阻器串联，根据串联电路电压特点得，灯泡正常工作时，滑动变阻器电压为：U滑=U-UL=6V-2.5V=3.5V；
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑动变阻器电阻为：R滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.2A}$=17.5Ω，故滑动变阻器应选“50Ω  0.5A”的滑动变阻器；
（2）因为灯泡的额定电流约为0.2A，因此电流表量程选择0～0.6A量程；
将电流表的0.6A接线柱与灯泡的左接线柱相连，如图所示：

（3）连接电路时，开关处于断开状态；闭合开关前，需滑动变阻器滑片滑到阻值最大处，即将滑片位于最左端，即A端；
（4）灯泡不亮，电流表无示数，说明电路有断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，因此与电压表并联的电路断路，即灯泡断路．
（5）根据图乙可知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为2.2V；
要测量灯泡的额定功率，需使电压表的示数为2.5V，因此需减小滑动变阻器两端电压，即减小滑动变阻器接入电路的阻值，故将滑片向B端移动．
（6）通过小灯泡的电流随它两端电压变化的关系如图丙所示．分析图象可知：
①当电压为2.5V时，电流为0.2A，额定功率为P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
②小灯泡灯丝的电阻是变化的，主要是受温度影响．
③小灯泡不发光，根据图象分析其原因是小灯泡实际功率过小，达不到发光程度；
（7）按照电路图正确连接电路；
①开关S1闭合，S2断开，此时灯泡与电阻并联，它们两端电压相等，调节滑动变阻器，使得电流表的示数分别为0.25A、0.2A或0.1A，则由图象可知，对应的电压分别为2.5V，1.5V，0.5V，
②保持滑片位置不动，断开开关S1，闭合开关S2，此时灯泡与定值电阻并联，电流表测干路电流，记下电流表的读数为I，
通过定值电阻的电流Ix=I-IL=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A，
Rx的表达式为：Rx=$\frac{U}{I-{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{1-0.1A}$．
故答案为：（1）B；
（2）见上图；
（3）A；
（4）小灯泡断路；
（5）2.2；B；
（6）①0.625；②温度；③小灯泡实际功率过小；
（7）①开关S1闭合，S2断开，此时灯泡与电阻并联，它们两端电压相等，调节滑动变阻器，使得电流表的示数分别为0.25A、0.2A或0.1A，则由图象可知，对应的电压分别为2.5V，1.5V，0.5V，
②保持滑片位置不动，断开开关S1，闭合开关S2，此时灯泡与定值电阻并联，电流表测干路电流，记下电流表的读数为I，
通过定值电阻的电流Ix=I-IL=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A，
$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$．

点评 此题综合考查了电路的连接、电压表的读数、实验过程的设计，具有代表性；特别是最后一问设计实验，有一定的难度，需要仔细分析，重点掌握．

练习册系列答案
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