Question

13．小明想知道小灯泡的亮暗程度与什么因素有关．于是他找来了额定电压是2.5V，电阻约为9Ω的灯L，接在电源电压恒为4.2V的电路中进行探究．
（1）请你用笔画线代替导线将实物图补充完整，要求开关闭合前滑片开始在A端．
（2）若连接电路后闭合开关，灯L很暗几乎不发光，移动滑片P也不能改变灯的亮度．原因是他把滑动变阻器的AB（AB/CD）接线柱接入了电路．
（3）小明排除错误后，按图所示的电路继续进行实验：从刚闭合开关，记录实验数据，为了使灯发光滑片P向B（A/B）端移动，测出灯L的相关物理量，记录实验数据和现象如表：

实验次数	1	2	3	4	5	6	7	8
发光情况	熄灭	熄灭	微光	较暗	较亮	亮	明亮	更明亮
电压U/V	0.2	0.5	0.9	1.3	1.7	2.1	2.5	3.0
电流I/A	0.1	0.16	0.19	0.21	0.24	0.26	0.28	0.30

分析实验数据可知：①灯泡的额定功率为0.7W．
②由实验数据可知，滑动变阻器的最大阻值为40Ω．
③小灯泡在断电一段时间后的电阻可能是1Ω（1Ω/2Ω/8.9Ω）
（4）小明在实验结束后与同学们讨论：有同学认为在研究通过导体中的电流与电压的关系．也可以用此电路”你认为这种说法错误（正确/错误）．

Answer 1

分析 （1）本实验中滑动变阻器、电流表和灯泡应串联，电压表测灯泡两端电压，由此连接实物；
（2）灯泡L几乎不发光，说明电路是通路，但是电流太小，移动串联在电路中的滑动变阻器的滑片，灯泡亮度不变，说明电路中的电阻太大，由此分析变阻器的接线情况；
（3）根据滑动变阻器的连接情况可确定滑片的移动方向；
①由表中数据读出灯泡正常发光电流，由P=UI计算灯泡的额定功率；
②当电路中电流最小时变阻器连入阻值最大，由表中数据根据串联电路特点和欧姆定律计算滑动变阻器的最大阻值；
③灯泡电阻受温度影响，随温度降低而减小，根据表中实验数据求出灯泡电阻阻值，再分析得到灯泡的电阻；
（4）电流与导体的电压和电阻有关，探究时应采用控制变量法．灯丝电阻受温度影响．

解答 解：
（1）实验中滑动变阻器、电流表和灯泡应串联，电压表测灯泡两端电压，
灯泡正常发光电流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{9Ω}$≈0.28A，所以电流表使用0-0.6A量程，
开关闭合前滑片开始在A端，且应处于最大值处，所以应将B接线柱接入电路中．实物连接如图所示：
；
（2）灯泡L₁几乎不发光，说明电路是通路，但是电流太小，并且移动串联在电路中的滑动变阻器的滑片，灯泡亮度不变，说明电路中的电阻太大，滑动变阻器又不起作用，是滑动变阻器把下面两个AB接线柱接入电路了；
（3）闭合开关前，滑片位于阻值最大处的A端，因此闭合开关后，滑片P向B端移动，使灯L₁发光；
①灯泡正常发光时两端电压等于额定电压2.5V，由表中数据知灯泡正常发光电流为0.28A，
所以灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；
②闭合开关时，变阻器处于最大值处，此时电路中电流最小，由表中数据知，此时灯泡两端电压为0.2V，电路中电流0.1A，
由串联电路特点和欧姆定律可得滑动变阻器的最大阻值：
R=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{最小}}$=$\frac{U-{U}_{L}}{{I}_{最小}}$=$\frac{4.2V-0.2V}{0.1A}$=40Ω；
③由表中第1组实验数据可知，此时灯泡电阻R=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{最小}}$=$\frac{0.2V}{0.1A}$=2Ω，灯泡电阻受温度影响，随温度降低而减小，小灯泡在断电一段时间后，灯丝温度降低，灯泡电阻阻值减小，则灯泡电阻可能是1Ω；
（4）导体的电流与导体的电压和电阻有关，探究导体中的电流与电压的关系时应控制电阻不变，灯丝电阻受温度影响较大，灯泡在不同电压下，温度不同，灯丝中电阻不同，所以这位同学的说法是错误的．
故答案为：
（1）见上图；（2）AB；（3）B；①0.7；②40；③1Ω；（4）错误．

点评 本题涉及到知识点较多，考查了实物连接、电路故障、滑动变阻器接线柱的选择、功率和电阻的计算以及灯丝电阻与温度的关系等，综合性较强；要注意“研究导体中的电流与电压的关系”时需控制电阻的阻值不变．