Question

10．小明利用如图甲所示电路测定灯泡的功率，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、滑动变阻器两只：R₁（20Ω 0.5A）、R₂（50Ω  0.5A）

（1）在小明所连接的电路中（甲图），有两根导线还没有连接好，请你帮他完成电路的连接（要求，滑动阻滑片向右移动，灯泡变亮：其他的导线不要变动，导线不能交叉）．
（2）正确连接电路团合开关后，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，电路故障原因可能是灯泡断路．
（3）在排出故障后，闭合开头，移动滑动变阻器，多次测量，小明绘出了电压与电流的变化的关系图乙，则小灯泡的额定功率是0.625W．
（4）小明又取了一个规格完全相同的旧灯泡来实验，发现在额定电压下工作，亮度偏暗，小明仔细察，发这只灯泡的玻内璧变黑；灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光是发生了升华（填物态变化名）而变细，消耗的实际功率变小的缘故（填大或小）．
（5）灯泡的功率测量完后，小明用5Ω，10Ω、15Ω，20Ω，25Ω的定电阻，更换电路中的灯泡，探究电流与电阻的关系．得到如丙所示的电流与电阻的关系图，小明应用滑动器为R₂（选R₁或R₂）若某次实验中滑动变阻接入14Ω，那么所选用的定值电阻的值为10Ω．

Answer 1

分析 （1）本实验中灯泡、电流表、变阻器应串联，电压表测灯泡电压与灯泡并联，根据灯泡规格确定电表量程；
（2）灯泡都不亮，电流表示数为0，电路可能出现断路，根据电压表示数情况分析判断故障原因；
（3）由图象读出灯泡电压2.5V时的电流，根据P=UI计算小灯泡的额定功率；
（4）物质由固态直接变为气态的过程叫升华；②在两端电压一定时，用电器消耗的功率的变化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$进行分析；
（5）在探究电流与电阻的关系时，要改变接入电路的电阻阻值大小，但不同阻值的电阻两端电压不变；
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）测定小灯泡的功率的实验中，灯泡、电流表、变阻器应串联，电压表测灯泡电压与灯泡并联，灯泡额定电压2.5V，所以电压表应使用0-3V量程，灯泡正常发光时的电流约为：I=$\frac{{U}_{额}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以电流表应使用0-0.6A量程，滑动阻滑片向右移动，灯泡变亮，接右下接线柱，如图所示：
；
（2）灯泡都不亮，电流表示数为0，电路可能出现断路，电压表示数为6V，等于电源电压，说明电压表与电源之间是通路，所以故障原因可能是灯泡断路了；
（3）由图象知，当电压为2.5V时，电流为0.25A，所以P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
（4）①灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光时温度很高，钨丝由固态直接变为气态发生升华现象而变细；
灯丝变细，电阻增大，在两端电压一定时，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，消耗实际功率变小．
（5）探究电流跟电阻的关系，应保持定值电阻两端电压不变，
由图象知，当R=5Ω时，I=0.5A，不同阻值的电阻两端电压等于0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=2.5V，
假设选择25Ω的定值电阻与滑动变阻器串联，由串联电路的分压原理：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$知，要保持定值电阻两端电压为2.5V不变，$\frac{2.5V}{6V-2.5V}$=$\frac{2.5V}{{R}_{滑}}$，解得R_滑=35Ω，所以滑动变阻器选择“50Ω  0.5A”，即选择滑动变阻器R₂；
同理：R_滑=14Ω时有：$\frac{2.5V}{6V-2.5V}$=$\frac{{R}^{′}}{14Ω}$，
解得R₁=10Ω，即选择的定值电阻阻值为10Ω．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡断路；（3）0.625；（4）升华； 小；（5）R₂；10．

点评 此题是“测量小灯泡电功率”的实验，考查了实物连接、电路故障判断、图象的分析、电功率计算及灯丝电阻与温度的关系以及滑动变阻器规格的选择，考查角度广，涉及知识点多，综合性较强，具有一定的代表性．