Question

18．在“探究小灯泡的电功率”实验中，小灯泡标有“2.5V”的字样，实验员提供了以下器材：待测小灯泡、铭牌为“10Ω　2A”、“50Ω　1A”的滑动变阻器各一个、电流表、电压表、1.5V的干电池若干、开关、导线．
（1）请将图甲中的实物电路连接完整，要求滑动变阻器滑片向右滑时，电路中电流变小（导线不允许交叉）
（2）正确连接电路后，闭合开关S，小明在实验过程中发现小灯泡两端的电压调节范围小，原因是：变阻器最大阻值太小；该实验中滑动变阻器的作用除了保护电路外，其作用主要是改变灯的电压．
（3）改变滑动变阻器滑片的位置，测得几组对应的电压与电流值，作出了如图乙所示的U-I图象，从图象可知小灯泡的额定功率是0.625W，进一步分析图象可得小灯泡的电阻随着它两端电压的升高而增大（选填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）实验结束后，老师给同学们一个10Ω的定值电阻R₀和两只电流表，让他们测出标有“3.8V”字样的小灯泡正常发光时的电阻，电路图如丙所示，请你将实验过程补充完整；闭合开关，调节变阻器的滑片，使电流表A₁的示数为0.38A，此时小灯泡正常发光，电流表A₂的示数如图丁所示，则小灯泡正常发光时的电阻是11.9Ω（保留一位小数）

Answer 1

分析 （1）根据滑片向右滑动时，阻值变大，确定变阻器连接，根据灯的额定电压确定电压表选用的量程与灯并联；
（2）电路连接正确，不是连接故障问题，而是器材的规格问题，从滑动变阻器规格方面考虑；
（3）分析图象，利用P=UI，结合额定电压2.5V，求出额定功率；根据小灯泡的电阻还受温度影响分析；
（4）测灯正常发光时的电阻，先使灯正常发光，根据并联电路电压的特点，由I=$\frac{U}{R}$确定灯正常发光时电流表A₁的示数，再利用并联电路电流特点，根据R=$\frac{U}{I}$求出其电阻．

解答 解：（1）要求滑动变阻器滑片向右滑时，电路中电流变小，即电阻变大，故滑片以左电阻丝连入电路中与灯串联，灯的额定电压为2.5V，电压表选用小量程与灯并联，如下所示：

（2）如果其它元件规格符合要求的情况下，滑动变阻器总阻值太小，根据串联电路的特点可知，滑动变阻器阻值太小时，滑动变阻器分得的电压小，使得小灯泡两端的电压调节范围小；
（3）由乙图可知当电压为2.5V时，对应的电流为0.25A，则小灯泡的额定功率是：
P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
由图象可得，通过 灯的电流随电压增大而增大，根据P=UI灯的功率增大，灯丝的温度升高，因灯丝的电阻随温度升高而增大；故灯的电阻变大，即小灯泡的电阻随着它两端电压的升高而 增大；
（4）分析电路图丙可知，电阻R0与灯并联，灯正常发光时，由并联电路电压的特点和欧姆定律，此时电阻中的电流为：
I=$\frac{U}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A；
由图丁可知电流表读数为0.7A，根据并联电路电流的特点，故通过灯泡的电流为：
I′=I_并-I=0.7A-0.38A=0.32A，由欧姆定律，小灯泡的电阻为：
R′=$\frac{U}{I′}$=$\frac{3.8V}{0.32A}$≈11.9Ω．
故答案为：（1）电路图如上图；
（2）变阻器最大阻值太小；改变灯的电压；
（3）0.625；增大；
（4）0.38；11.9

点评 本题探究小灯泡的电功率，考查电路的连接、反常现象的分析、变阻器的作用、额定功率的计算、影响电阻大小的因素、及在没有电压表情况下设计实验方案测电阻的以能力．