题目内容

19．小明利用如图甲所示电路测定小灯泡的功率．被测小灯泡的额定电压为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（0～3V 0～15V）、开关各一个、导线若干、滑动变阻器三只：R1（20Ω  0.5A）、R2（50Ω  0.5A）、R3（500Ω  1A）、．

（1）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），则小灯泡的额定功率为0.625W．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）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变细，电阻增大，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，在两端电压一定时，消耗的功率变小，即实际功率减小，灯变暗．
（4）灯泡的功率测量完毕，小明用5Ω、1Ω、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，得到如图丙所示的电流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．

分析 （1）闭合开关灯泡不亮，可能是灯泡断路或短路或灯泡之外的电路断路；电流表无示数可能是电路断路；电压表示数接近6V，等于电源电压，说明电压表与电源两端相连，电压表并联电路之外，不存在断路；综合分析知电路故障原因是：灯泡断路；
（2）已知灯泡的额定电压，通过图象得到额定电压下的电流，利用公式P=UI得到灯泡的额定功率；根据欧姆定律分别求出几个电阻值，判断电压与电流大小比值的大小变化；
（3）①物质由固态直接变为气态的过程叫升华；②在两端电压一定时，用电器消耗的功率的变化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析；
（4）已知电源电压，根据图象确定电阻两端的电压，得出变阻器两端的电压，根据最大电流和最小电流分别求出变阻器的最大值和最小值，从而确定变阻的规格；求出电路中的电流大小，根据欧姆定律求定值电阻大小．

解答 解：（1）电路正确连接后，闭合开关，移动滑片P，发观灯泡总不亮，且电流表无示数，但电压表示数接近6V，则故障原因可能是灯泡断路；
（2）由图象知，在额定电压下，通过灯泡的电流为I=0.25A，所以灯泡的额定功率为P额=U额I=2.5V×0.25A=0.625W；
由图象知，当电压为0.5V时，对应的电流为0.1A，电压与电流比值大小为5Ω；当电压为2.5V时，对应的电流为0.25A，电压与电流的比值为10Ω…，所以，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；根据影响电阻大小的因素，在材料、温度、长度不变的情况下，灯丝变细，电阻增大，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，在两端电压一定时，消耗的功率变小，即实际功率减小，灯变暗；
（4）电源电压为6V；由图象知，电阻两端的电压为U=IR=0.5A×5Ω=2.5V保持不变；则变阻器两端的电压始终为U滑=6V-2.5V=3.5V；
当选用5Ω的电阻时，对应的电流值为0.5A时，变阻器的阻值最小R小=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{大}}$=$\frac{3.5V}{0.5A}$=7Ω，；当选用25Ω的电阻时，电流为值为0.1A时，变阻器连入电路中的阻值最大R大=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{小}}$=$\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω＞20Ω，所以变阻器应选用R2（电路中的最大电流不超过变阻器允许的最大电流0.5A）；
若某次实验中，滑动变阻器连入的阻值为14Ω，此时电路中的电流大小I′=$\frac{U}{R'}$，因定值电阻的电压为2.5V，所以定值电阻的大小R定=$\frac{U}{I'}$═10Ω．
故答案为：（1）灯泡断路；（2）0.625；变大；（3）灯丝变细，电阻增大，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，在两端电压一定时，消耗的功率变小，即实际功率减小，灯变暗；（4）R2；10Ω．

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．

练习册系列答案
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14．在测定小灯泡电功率的实验中，电源电压为4.5V，小灯泡的额定电压为2.5V．电流约为10Ω．
（1）请用笔画线代替导线，将如图甲所示的实物电路连接完整．（要求连线不得交叉；电流表量程选择要恰当．）
（2）连接电路时开关应断开，闭合开关前，图中滑动变阻器的划片P应位于A（选填“A”“B”）端．

（3）甲组同学闭合开关后，发现小灯泡不亮，但电流表有示数．接下来应进行的操作是C
A．更换小灯泡　B．检查电路是否断路　C．移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光
（4）排除故障后，闭合开关、移动滑片P至电压表示数如图乙所示，其读数为2.3V；要获得小灯泡额定功率的数据，滑片P应向B（选填“A”或“B”）端移动．
（5）改变滑片P的位置，按正确的操作测得数据，获得多组对应的电压、电流值，绘制得如图丙所示的图象．由图象可知灯泡的额定功率是0.5W．由图象判断小灯泡在不同电压下阻值是否发生变化并说明原因发生变化，通过灯的电流随电压的增大而增大，根据P=UI灯的功率变大，灯丝的温度升高，故灯丝的电阻变大．本实验多次测量电功率，小明认为实验结果需要求平均值，请评价小明的观点并说明理由：灯在额定电压下的功率为额定功率，在不同电压下的功率不同，故本实验多次测量电功率求平均值是没有意义的，也是错误的．．
4．一个额定电压是2.5V的小灯泡，正常工作时的电阻约为10Ω．小明想测量它的额定功率．现有如下器材：电源（电压恒为6V）、电流表、电压表、开关各1个、规格分别为“10Ω 1A”和“50Ω 0.5A”的滑动变阻器2个，导线若干．

（1）小明设计了图甲所示电路，他应选用规格为“50Ω0.5A”的滑动变阻器．
（2）图乙是小李连接的实物图，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡不亮，经检查是由于一根导线连接错误，请你在图乙中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（3）小李移动滑片，获得多组对应的电压、电流值，绘出如图丙所示的I-U图象，则小灯泡的额定功率为0.5W，正常发光时的电阻为12.5Ω．当滑片向左移动时，小灯泡的电阻值将增大（选填“增大”或“减小”）．
（4）完成实验后，小明又利用其他器材对这只小灯泡的额定功率进行了测定．图丁是他设计的电路，其中的“”为变阻箱符号，变阻箱不但能像滑动变阻器一样调节变阻，还能读出任何时候的电阻值，请补充完整实验步骤并写出测定额定功率的表达式．
实验步骤：
①首先闭合S1，移动滑动变阻器的滑片P，使电压表的示数为2.5V；
②断开S1，闭合S2，保持变阻器的滑片P不动，调节电阻箱，使电压表的示数为2.5V，记下此时电阻箱的示数为R；p额=$\frac{（2.5V）^{2}}{R}$．
11．对于“探究电流跟电压的关系”和“伏安法测量电阻”的这两个实验，下列说法不正确的是（　　）
A．它们都是采用控制变量的研究方法
B．它们的实验电路在教科书是相同的
C．前者多次测量的目的试分析多组数据，得出电流跟电压的关系
D．后者多次测量的目的试取电阻的平均值，减小误差
7．小明要用如图所示的实验器材探究电流一定时，电流的热效应与电阻的关系，其中瓶内电阻丝的长度、粗细都相同．
（1）请用笔画线代替导线，把电路连接完整．
（2）电流产生热量的多少不易直接测量，因此，在这个实验中是通过温度计升高的示数 显示电流产生热量的多少的；
（3）在这个实验中，除了控制电流一定外，还要控制的量有电流、通电时间（写出2个）．

小红在测量小灯泡电功率的实验中，电源电压为4.5V，小灯泡的额定电压为2.5V，小灯泡正常发光时的电阻约为10Ω。

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整。要求：当滑动变阻器的滑片向左移动时，连入电路的电阻变大；连线不得交叉_________。

（2）实验过程中，小红正确连接电路并检查无误后，闭合开关，但她发现灯泡不亮，于是立刻举手要求老师更换灯泡，其实小红的做法是欠妥的，她正确的做法应该是____________________________。

A．更换小灯泡

B．检查电路是否断路

C．移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光

（3）小宇同学闭合开关，移动滑片P到某一位置时，电压表示数（如图乙所示）为_____V，若他想测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑动变阻器的滑片P向_____（选填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为2.5V。

（4）小宇同学继续移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的I－U关系图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是________W，还可以得出：小灯泡的实际功率随实际电压的增大而________（选填“增大”、“减小”或“不变”）。从图像还可以发现通过小灯泡的电流与其两端电压不成正比，造成这种现象的原因是__________________。

（5）小叶同学按同一电路连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光，并很快熄灭，检查后发现连线正确，请你找出她在实验中两个操作不当之处是：

①___________________________________________；

②______________________________________。

（6）小芳同学正确连接实验电路后，开关试触时，发现灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数．其故障原因可能是：____________。

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