Question

4．小红小组要测定额定电压为2.5V的小灯泡的电阻．现有如下器材：电流表一只（量程0～0.6A和0～3A）；电压表一只（量程0～3V和0～15V）；滑动变阻器两只（甲标有“5Ω　1A”，乙标有“20Ω　2A”）；开关一个；干电池若干节；导线若干．
（1）根据你的估算和实验经验，滑动变阻器应选用甲（填“甲”或“乙”），实验更便于完成．
（2）小红小组用2节干电池（已使用）正确连接电路后，无论怎样调节滑动变阻器，小灯泡两端的电压都达不到2.5V，他们应该换新电池．
（3）小红小组实验记录和计算如表：

电压U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
电流I/A	0.24	0.28	0.32	0.34
功率P/W	0.36	0.56
灯泡发光情况	灯丝暗红	微弱发光	正常发光	发光很亮

①小灯泡的额定功率是0.8W；
②根据她们观察的现象和记录的实验数据，你可以得出的结论是：灯泡电压增大，实际功率增大；灯泡实际功率增大，灯泡亮度增加，灯泡的亮度由实际功率决定；
③在正常发光下，小灯泡的电阻是7.8Ω； 
④请在坐标图中画出小灯泡的电压和电流关系的图象；
⑤根据画出的图象，你得出的结论是：随电压和电流的增大，灯丝的温度升高，灯泡灯丝的电阻也在增大．
（4）当小红小组将小灯泡两端的电压调到3V正在记录实验数据时，小灯泡突然熄灭，仔细观察是小灯泡钨丝被烧断，这时她们进一步观察到的实验现象是：电流表的示数变小；电压表的示数变大．（均填“变大”、“变小”或“不变”）

Answer 1

分析 （1）灯泡的额定电压为2.5V，一般选择由2节干电池组成的3V电源，灯泡的电阻一般是10Ω左右，根据欧姆定律求出灯泡的电流，再求出与灯泡串联的滑动变阻器两端的电压，求出需要的滑动变阻器的最小电阻．滑动变阻器规格的选择：滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路最大电流，滑动变阻器的最大电阻稍大于电路需要的电阻．
（2）已经使用的干电池向外供电的电压减小，2节使用过的干电池串联后向外供电，电压达不到3V，要使灯泡两端获得3V的电压，可以换2节新干电池．
（3）①在表格中找灯泡在2.5V时的电流，根据P=UI计算灯泡的额定功率．
②根据P=UI计算灯泡在3.0V电压时的实际功率．从表格中分析，I-U、P-U、灯泡亮度与功率的关系．
③根据R=$\frac{U}{I}$计算灯泡在2.5V时的电阻．
④在坐标中，描出电压和电流的对应点，描绘灯泡电阻的图象
⑤由图象分析，灯泡电压和电流在增大，电阻如何变化．
（4）灯泡熄灭，灯丝被烧断，电路断路，电流表示数为0，电压表串联在电路中，电压表测电源电压．

解答 解：（1）灯泡额定电压为2.5V，一般选择2节干电池串联，电源电压为3V，灯泡的电阻大约为10Ω，
所以与灯泡串联的滑动变阻器电压为：
U₁=U-U_L=3V-2.5V=0.5V．
灯泡电流：
I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
所以滑动变阻器电阻：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{0.5V}{0.25A}$=2Ω，
电路电流约为0.25A，电路需要滑动变阻器电阻为2Ω，
选择“5Ω  1A”的滑动变阻器，既能满足实验要求，又能准确测量电压和电流，故选甲．
（2）已经使用的干电池，内阻增大，向外供电电压减小，两节干电池电压小于3V，要使灯泡获得2.5V电压，要增大电压，换新电池．
（3）①灯泡额定功率为：P_L=U_LI_L=2.5V×0.32A=0.8W（填入表格）．
②灯泡在3V电压时，实际功率为：P′=U′I′=3.0V×0.34A=1.02W（填入表格）．

电压U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
电流I/A	0.24	0.28	0.32	0.34
功率P/W	0.36	0.56	0.8	1.02
灯泡发光情况	灯丝暗红	微弱发光	正常发光	发光很亮

由表格数据及现象得：灯泡电压增大，电流增大；灯泡电压增大，实际功率增大；灯泡实际功率增大，亮度增加，灯泡的亮度由实际功率决定．
③小灯泡正常发光时的电阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.32A}$=7.8Ω．
④在图象上描出（0.24，1.5）（0.28，2.0）（0.32，2.5）（0.34，3.0）各点，用光滑的曲线连接各点．如图．

⑤如图，灯泡电压增大，电流增大，电压增大值更大一些，$\frac{U}{I}$的值更大，
所以，灯泡电压增大，电流增大，灯丝电阻也在增大．
（4）灯泡熄灭，灯丝烧断，电路断路，电流表串联在电路中无示数，所以电流表示数减小为0，
灯丝烧断后，电压表串联在电路中，电压表测电源电压，所以电压表的示数增大至等于电源电压．
故答案为：（1）甲；（2）换新电池；（3）①0.8；②灯泡电压增大，实际功率增大；灯泡实际功率增大，灯泡亮度增加，灯泡的亮度由实际功率决定；③7.8；④如上图；⑤随电压和电流的增大，灯丝的温度升高，灯泡灯丝的电阻也在增大；（4）变小；变大．

点评 本题考查了测“小灯泡电功率”的实验中实验器材的正确使用、电路的连接、电路故障分析和利用欧姆定律及电功率的计算等问题，虽综合性强，但都是很基础、很重点的知识，只要掌握以上知识点，解决此题并不是很难．