Question

9．为了探究小灯泡电流与电压的关系，小明选择额定电压为2.5伏的小灯泡，电压为4伏的电源以及其他相关器材按图甲连接电路，进行实验．

（1）闭合开关移动滑动变阻器的滑片，当观察到电压表示数为2.5V时，可以判断此时小灯泡正常发光．
（2）在实验过程中，小明将滑动变阻器的滑片从A端开始移动，直到灯泡正常发光，在此过程中测得小灯泡电流和电压的几组数据，并正确画出曲线a，如图乙所示，该实验小明选择的滑动变阻器可能是B．
A、滑动变阻器R₁（20欧，3安）B、滑动变阻器R₂（50欧，2安）C、滑动变阻器R₃（2000欧，0.25安）
（3）小明在图乙中还画出了本实验中滑动变阻器的电流随电压变化的曲线b，老师据图指出该曲线是错误的，其理由小灯泡与滑动变阻器串联，两者电压之和为4V，而图中曲线b与a交点处，电压之和大于4V．

Answer 1

分析 （1）灯在额定电压下正常发光；
（2）为保护电路，闭合开关前，变阻器连入电路中的电阻应最大，由欧姆定律，此时电路中的电流最小，由图可知，滑片在A时对应的电压和电流，根据串联电路的规律和欧姆定律求变阻器的最大电阻；
，结合变阻器允许通过的最大电流确定变阻器的规格；
（3）根据串联电路电压的规律：电路的总电压等于各部分电压之和分析．

解答 解：（1）灯在额定电压下正常发光，闭合开关移动滑动变阻器的滑片，当观察到电压表示数为2.5V时，可以判断此时小灯泡正常发光；
（2）原电路中，灯与变阻器串联，为保护电路，闭合开关前，变阻器连入电路中的电阻应最大，此时电路中的电流最小，由图可知，滑片在A时对应的电压U₁=0.5V，电流I=0.1A，根据串联电路电压的规律，变阻器的电压：
U_滑=U-U₁=4V-0.5V=3.5V，由欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，变阻器的最大电阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω＞20Ω；因0.3A＞0.25A（滑动变阻器R₃允许通过的最大电流），故只能选用滑动变阻器R₂（50欧，2安）B；
（3）图乙中还画出了本实验中滑动变阻器的电流随电压变化的曲线b，根据串联电路电压的规律：电路的总电压等于各部分电压之和，故变阻器与灯的电压之和为4V，而图中曲线b与a交点处，电压之和大于4V，故曲线b是错误的．
故答案为：（1）电压表示数为2.5V；（2）B；（3）小灯泡与滑动变阻器串联，两者电压之和为4V，而图中曲线b与a交点处，电压之和大于4V．

点评 本题探究小灯泡电流与电压的关系，考查灯正常发光的条件、对器材的选择及串联电路的规律和欧姆定律的运用．