Question

2．小宇做测量小灯泡电功率的实验（小灯泡标有“3.8V”字样）．
（1）如图1所示，他所连接的实验电路存在错误，但只需改动一根导线，即可使电路连接正确，请你在应改动的导线上打“×”，并用笔画线代替导线，画出正确的接法．
（2）电路连接正确后，闭合开关，记录的部分实验数据和现象如表所示．分析表中实验数据可知：第1次实验中，小灯泡不发光的原因是滑动变阻器连入电路电阻较大；第4次实验中，小灯泡不发光的原因是灯丝被烧断，所用电源电压为6V．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”）
（3）由于小宇粗心大意，没有记录灯泡正常发光时电流表的示数，于是他根据第一次实验数据计算出灯泡电阻：R=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{0.5V}{0.1A}$=5Ω，再计算出灯泡的额定电流I═$\frac{{U}_{1}}{R}$=$\frac{3.8V}{5Ω}$=0.76A，功率：P=UI=3.8V×0.76A=2.888W．请你对小宇计算额定功率的方法作出评价：小灯泡的额定功率小于（选填“大于”“等于”或“小于”）2.888W，理由是灯丝的电阻随温度升高而变大．
（4）灯泡的功率测量完毕，小宇用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2所示的电流I随电阻R变化的图象，实验室有滑动变阻器三只：R₁（20Ω  0.5A）、R₂（50Ω  0.5A）、R₃（500Ω  1A）．则小宇应选用滑动变阻器R₂（选填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．若某次实验中滑动变阻器边入的阻值为14Ω，则所选定值电阻的阻值为10Ω．

实验次数	电压表示数/V	电流表示数/A	灯泡亮度
1	0.5	0.1	不发光
2	2.0	0.25	发光较暗
3	3.8		正常发光
4	6.0	0	不发光

Answer 1

分析 （1）实物连接图中找错误之处，主要从电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用上考虑：从电流表、电压表的量程、连接方式、正负接线柱的接入方法上考虑，从滑动变阻器选择一上一下接线柱上考虑；（2）第1次实验灯泡不发光，电流表有示数，但是太小，电路电流小，电路总电阻太大，滑动变阻器连入电路的阻值太大；第4次实验中，由于灯泡两端的电压过大，灯丝被烧断，故灯泡不发光；
（3）灯泡电压增大，灯泡亮度增大，灯丝温度升高，灯丝电阻随电压的增大而增大，正常发光时的电阻大于第一次实验时的灯丝电阻；
（4）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）经分析，滑动变阻器都选择下面两个接线柱串联在电路中，在电路中相当于一个定值电阻，不能起到改变灯泡电压的作用．滑动变阻器要选择一上一下接线柱．改正如图：

（2）第1次实验灯泡不发光，是因为滑动变阻器连入电路电阻较大，使电路总电阻较大，电路电流很小，灯泡实际功率过小，不能使灯泡发光；
第4次实验中，由于灯泡两端的电压过大，灯丝被烧断，故灯泡不发光；此时电压表串联在电路中测电源电压，所以电源电压为6V；由于灯丝的电阻随温度的升高而变大，故当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比变大；
（3）灯泡电压增大，灯泡亮度增大，灯丝温度升高，灯丝电阻随电压的增大而增大，正常发光时的电阻大于第一次实验时的灯丝电阻，即：R＞5Ω．故灯泡的额定电流应小于0.76A，因而小灯泡的额定功率
应小于2.888W；
（4）①由图象知，不同阻值的电阻两端电压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，根据串联分压的特点得：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，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，故滑动变阻器R₁不符合要求；
由于R₃最大阻值远大于R₂最大阻值，当R₃的滑片移动较小距离，阻值变化较大，不便于操作，因而滑动变阻器R₃也不符合要求；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得：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，代入数值得$\frac{2.5V}{3.5V}$=$\frac{R}{14Ω}$，
解得R=10Ω，即选择的定值电阻阻值为10Ω．
故答案为：（1）如上图；（2）滑动变阻器连入电路电阻较大；灯丝被烧断；6；变大；（3）小于；灯丝的电阻随温度升高而变大；（4）R₂；10．

点评 本题测定灯的电功率，考查常见故障的分析、操作过程、功率的计算、影响电阻大小的因素和器材的选择等知识，综合性强，有一定难度．