Question

20．小明利用如图甲所示电路测定小灯泡的电阻．被测小灯泡正常发光电压为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（0～3V0～15V）、开关各一个、导线若干、滑动变阻器三只：R₁（20Ω0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．
（1）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图乙所示，则接下来的操作是换用电流表大量程．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），则小灯泡正常发光时电阻为10Ω．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”）．这种现象在生活中也有体现，例如家里的白炽灯在刚开灯的瞬间，灯丝容易烧断（选填“容易”或“不容易”）．
（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（选填物态变化名称）而变细，从而导致电阻变大（变大/变小）．
（4）灯泡的电阻测量完毕，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）由图乙知，电流表指针偏转角度太小分析回答；若电流表示数为0，灯不亮，说明电路可能断路；电压表示数接近电源电压，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的电阻断路了
（2）已知灯泡的额定电压，通过图象得到额定电压下的电流，利用欧姆欧姆定律求电阻；
根据影响电阻大小的因素，结合欧姆定律回答；刚开灯时温度低，电阻小，电流大；
（3）①物质由固态直接变为气态的过程叫升华；②根据影响电阻大小的因素分析．
（4）①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；
②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）电流表指针偏转角度太小，说明电流表量程选大了；
经分析，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）由图象知，在额定电压下，通过灯泡的电流为I=0.25A，所以灯泡的电阻R=$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
当电压表的示数增大时，通过灯的电流增大，根据P=UI灯的功率增大，因灯丝的电阻随温度的升高变大，电压表与电流表的示数之比为电阻，也变大；例如家里的白炽灯在刚开灯的瞬间，温度低，电阻小，则通过的电流较大，灯丝容易烧断；
（3）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；
（4）①由图象知，由欧姆定律，不同阻值的电阻两端电压等于U=IR=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$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}=\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$知，要保持定值电阻两端电压为2.5V不变，滑动变阻器接入电路的电阻为35Ω，所以滑动变阻器选择“50Ω 0.5A”，即选择滑动变阻器R₂；
②滑动变阻器两端电压为U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V
由串联电路的分压原理$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}=\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
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）换用电流表大量程；灯泡断路；（2）10；变大；容易；（3）升华；变大；（4）R₂；10Ω．

点评 本题测定小灯泡的电阻，考查实验注意事项、故障分析、电阻的计算，影响电阻大小的因素，物态变化，器材的选择等知识，综合性较强．