Question

11．小红在测量小灯泡电功率的实验中，电源电压为4.5V，小灯泡的额定电压为2.5V，小灯泡正常发光时的电阻约为10Ω．

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整．要求：当滑动变阻器的滑片向左移动时，连入电路的电阻变大；连线不得交叉．
（2）实验过程中，小红正确连接电路并检查无误后，闭合开关，但她发现灯泡不亮，于是立刻举手要求老师更换灯泡，其实小红的做法是欠妥的，她正确的做法应该是移动滑片看灯泡是否发光．
A．更换小灯泡  B．检查电路是否断路  C．移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光
（3）小宇同学闭合开关，移动滑片P到某一位置时，电压表示数（如图乙所示）为2.2V，若他想测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑动变阻器的滑片P向B（选填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为2.5V．
（4）小宇同学继续移动滑片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I-U关系图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W，还可以得出：小灯泡的实际功率随实际电压的增大而增大（选填“增大”、“减小”或“不变”）．从图象还可以发现通过小灯泡的电流与其两端电压不成正比，造成这种现象的原因是小灯泡灯丝电阻受温度影响．
（5）小叶同学按同一电路连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光，并很快熄灭，检查后发现连线正确，请你找出她在实验中两个操作不当之处是：
①连接电路时开关没有断开；
②闭合开关前，没有将滑动变阻器的滑片调到阻值最大的位置．
（6）小芳同学正确连接实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数．其故障原因可能是：小灯泡断路．
（7）实验时某小组学生发现电流表损坏，他们想设计一个不用电流表测定该小灯泡额定功率的实验．于是向老师要了一个阻值为R₀的定值电阻（阻值适当）和一个单刀双掷开关（符号为：），借助原有的实验器材，顺利完成了实验．设计实验方案如图丁．
①请根据实验电路图补充完整步骤．
a．根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为2.5V．
b．保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．
②写出灯泡额定功率的表达式P_额=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$（用已知量和测量量表示）

Answer 1

分析 （1）在测量小灯泡电功率的实验中，电流表、灯泡、滑动变阻器以及开关串联连接，根据欧姆定律求出灯泡额定电流的大约值，然后确定电流表的量程，并将电流表与灯泡串联；将滑动变阻器与开关串联，当滑动变阻器的滑片向左移动时，连入电路的电阻变大，因此将滑动变阻器的右下接线柱连入电路；
（2）在闭合开关前要把滑动变阻器的阻值调到最大，灯泡不亮首先要检查是不是滑动变阻器的阻值调的太大，导致电流过小，从个灯泡不亮；
（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）连接实物电路时，开关要断开，滑动变阻器滑片要移到阻值最大位置处．
（6）电压表有示数，说明与电压表两接线柱连接的电路是通路，电流表无示数，说明电路断路，据此分析故障的可能原因；
（7）没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于2.5V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率．

解答 解：（1）灯泡的额定电流大约为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，因此电压表选择0～0.6A的量程；将电流表的0.6A接线柱与灯泡的左接线柱相连；将滑动变阻器的B接线柱与开关的右接线柱相连，如下图所示：
；
（2）电路连接正确，灯泡不亮，首先应移动滑片看灯泡是否发光，看是不是因为阻值太大导致灯泡不亮；故选C；
（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B移动，使电压表示数为2.5V．
（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．随灯泡电压的增大，灯泡电流增大，灯泡实际功率P=UI增大．
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）①连接好最后一根导线，灯泡立即发光，说明连接电路时，没有断开开关；②灯泡发出明亮耀眼的光，说明电路电流很大，电路电阻很小，连接电路时，滑动变阻器滑片没有置于最大阻值处．
（6）灯泡不亮，电流表无示数，说明某处发生了断路，电压表有示数，说明与电压表并联的灯泡出现了断路．
（7）实验步骤：a、根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接1，调节滑动变阻器，使电压表示数为2.5A．
b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2，读出电压表示数U．
通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$，灯泡额定功率：P=U_额I=2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）如图；（2）移动滑片看灯泡是否发光；（3）2.2；B； 2.5；（4）0.5；增大；小灯泡灯丝电阻受温度影响；（5）①连接电路时开关没有断开；②闭合开关前，没有将滑动变阻器的滑片调到阻值最大的位置；（6）小灯泡断路；（7）a、2.5；b、保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接2；2.5V×$\frac{U-2.5V}{{R}_{0}}$．

点评 本题考查了测量电功率的实验中电路故障的判断、电压表的读数、串联电路的分压作用及额定功率的计算，同时还考查了学生对图象的分析和处理能力．本实验需要注意灯丝的电阻随温度的变化而变化．