Question

15．如图所示，小明在进行“测量小灯泡电功率”的实验，他已连接了部分电路．已知电源电压恒为3V，小灯泡的额定电压为2.5V．

实验次数	电压表示数U/V	电流表示数I/A
1	2.0	0.17
2	2.5	0.20
3	3.0	0.22

（1）请用笔画线代替导线，将图示电路连接完整；
（2）连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，此时电压表有示数，电流表示数为零，则出现故障的原因可能是灯泡断路；
（3）故障排除后，小明将实验数据记录在表格中，则灯泡的额定功率是0.5 W；当小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的电阻为2.5Ω；由实验数据可以发现通过灯泡的电流与其两端的电压不成正比关系，这是由于灯丝的电阻随温度的变化而改变；
（4）小明想通过实验来比较灯泡“实际电压是额定电压一半时的电功率P₁”和“实际电流是额定电流一半时的电功率P₂”的大小，但小明的同学没有通过实验也比较出了它们的大小，P₁大于P₂（选填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器串联在电路中，要接一上一下；
（2）电流表有示数，电压表无示数，与电压表并联的电路短路；
（3）确定额定电压时的电流，根据P=UI计算出额定电功率；根据R=$\frac{U}{I}$计算出变阻器的电阻值；
灯丝的电阻随温度的升高而增大，电流与电压成正比的前提条件是，电阻不变；
（4）如果灯泡电阻不随温度变化，则灯泡电压为其额定电压一半时的电流等于额定电流的一半，其实际功率等于额定功率的四分之一；实际上灯泡电阻随温度升高而增大，所以灯泡实际电压为额定电压一半时的电流大于额定电流的一半，此时灯泡实际功率大于额定功率的四分之一；如果灯泡电阻不随温度变化而变化，电流等于额定电流一半时，灯泡实际功率等于额定功率的四分之一，实际上灯泡温度越低，灯泡电阻越小，通过灯泡电流为其额定电流一半时，灯泡电阻小于灯泡正常发光时的电阻，则灯泡实际功率小于额定功率的四分之一．

解答 解：（1）滑动变阻器串联在电路中，已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图所示：

（2）小灯泡始终不亮，电流表示数为零，电压表有示数，与与电压表并联的灯泡断路；
（3）由表格中数据知，当U=2.5V时，I=0.20A，则额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
滑动变阻器的电阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V-2.5V}{0.2A}$=2.5Ω；
由于灯丝电阻随温度的变化而变化，通过灯泡的电流与其两端的电压不成正比关系；
（4）因为P=$\frac{{U}^{2}}{R}$所以灯泡实际电压为其额定电压一半时，它的实际功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_额；
因为P=I²R
所以实际电流等于额定电流一半时，实际功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_额，
故P₁＞P₂．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡短路；（3）0.5；2.5；灯丝的电阻随温度的变化而改变；（4）大于．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验故障分析、温度对灯丝电阻的影响、欧姆定律的应用及电功率的计算，（4）分析起来比较抽象，关键是能够分析出电压和电流的变化关系．