Question

3．小明利用如图甲所示电路测定小灯泡的功率．被测小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω左右．实验室有如下器材：电源（电压为6V）、电流表（0～0.6A、0～3A）、电压表（0～3V、0～15V）、开关各一个、导线若干、滑动变阻器三只：R₁（20Ω0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃．

（1）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图乙所示，则接下来的操作是将电流表指针调零．正确连接电路闭合开关后，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6V，电流表示数几乎为0，电路的故障可能是灯泡断路．
（2）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，小明画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象（如图丙），则小灯泡的额定功率为0.625W．在多次测量中，小明还发现：当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比变大．（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
（3）小明又取了一个规格、型号完全相同的旧灯泡进行实验，发现在额定电压下工作时，灯泡亮度明显偏暗，小明仔细观察，发现这只灯泡的玻璃内壁变黑．灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光时发生升华而变细，消耗的实际功率变小的缘故（选填“大、小）．
（4）灯泡的功率测量完毕，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻更换电路中的灯泡，探究电流跟电阻的关系，得到如图丁所示的电流I随电阻R变化的图象，则小明应选用滑动变阻器R₂（选填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为14Ω，则所选定值电阻的阻值为10Ω．

Answer 1

分析 （1）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6V，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；
（2）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；
（3）根据功率的计算公式分析；
（4）探究电流跟电阻的关系，需保持电阻两端的电压不变，根据串分压的知识，当电阻R的阻值最大时，所需滑动变阻器的阻值最大，从而可根据此值判断出所需滑动变阻器的规格；
串联电路中用电器两端电压与其阻值成正比，由图象可得电阻两端电压，已知电源电压和电阻两端电压，可以得到滑动变阻器两端电压，根据串联电路用电器两端电压与电阻的对应关系，得到定值电阻的阻值．

解答 解：
（1）电流表指针没有指在零刻度线上，应先对电流表调零；
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6V，则故障原因可能是灯泡断路；
（2）由图象知，在额定电压下，通过灯泡的电流为I=0.25A，所以灯泡的额定功率为P_额=U_额I=2.5V×0.25A=0.625W；
当电压表的示数增大时，电流也变大，灯泡的功率变大，灯丝的温度升高，灯丝电阻变大，即电压表与电流表的示数之比变大；
（3）根据灯泡的计算公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，在电压不变的情况下，电阻变大，功率变小，灯泡变暗；
（4）由图丁的某一组数据可知，当电阻值为25Ω时，电路中的电流为0.1A，则电阻两端的电压U=IR=0.1A×25Ω=2.5V；
滑动变阻器的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.1A}$=35Ω＞20Ω，所以应该选择R₂．
滑动变阻器两端电压为U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V；
滑动变阻器与定值电阻串联，电流相等，可得：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
代入数值得：$\frac{2.5V}{3.5V}$=$\frac{{R}_{1}}{14Ω}$；解得R₁=10Ω，即选择的定值电阻阻值为10Ω．
故答案为：（1）将电流表指针调零；灯泡断路；（2）0.625；变大；（3）小；（4）R₂；10Ω．

点评 本题考查了电流表的调节及读数、电路故障分析、求灯泡额定功率、灯泡电阻与温度的关系、升华现象、电功率的变化以及滑动变阻器规格的选择，考查角度广，设计知识点多，综合性较强，具有一定的代表性．