Question

16．胡宇同学做测定“小灯泡的电功率”实验时，所用器材有电压为6V的电源，额定电压为2.5V的小灯泡，以及符合实验要求的滑动变阻器、电表、开关和导线若干．

（1）连接电路时开关应断开．
（2）请用笔画线代替导线，将图乙中的实物电路连接完整（要求滑动变阻器的滑片向左移灯变亮）；
（3）胡宇同学在实验中连接好电路，他在闭合开关前应将滑片P置于B（选填“A”或“B”）端；胡宇同学连接好电路后，闭合开关，移动滑片，发现小灯泡始终不亮，且电压表有示数，电流表无示数，则故障原因可能是灯泡断路（写一条即可）；
（4）胡宇同学排出故障后闭合开关，移动滑片P到某处，电压表的示数为2.2V，要测量灯泡的额定功率，应将滑片P向左端移动（选填“左”或“右”）
（5）胡宇同学通过移动滑片P，分别记下了多组对应的电压表和电流表的读数，并绘制成了图丙所示的U-I图象，根据U-I图象提供的信息，计算出小灯泡额定功率为0.5W，当加在小灯泡两端的电压为1.5V时，通电1min小灯泡消耗的电能是13.5J；
（6）在测完小灯泡的功率之后，胡宇同学接着探究“电流与电阻的关系”，他将原电路中的小灯泡取下，并先后换接阻值分别为5Ω、10Ω和20Ω的定值电阻，实验中若保持电压表的示数为2V不变，为完成以上实验，则滑动变阻器的最大阻值应不小于40Ω．

Answer 1

分析 （1）连接电路时开关应断开；
（2）滑动变阻器应与被控制用电器串联，根据滑片移动方向灯泡亮度变化确定其接线柱，根据电源电压确定电压表量程；
（3）为保证安全，闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移至最大阻值处，据此分析解答．
小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路发生断路，电压表有示数，说明与电压表并联的电路断路；
（4）灯泡电压等于其额定电压时正常发光，比较电压表示数与额定电压的大小，根据分压原理确定滑片移动的方向；
（5）读出灯泡2.5V时的电流，根据P=UI计算出其额定功率；由图象确定U=1.5V时的电流值，由W=UIt计算通电1min小灯泡消耗的电能；
（6）根据串联电路特点与欧姆定律分析答题．

解答 解：
（1）为了保护电路，连接电路时开关应断开；
（2）实验中，滑动变阻器应与灯泡串联，从而控制灯泡亮度，滑片左移灯泡变亮，说明电流变大，变阻器连入阻值减小，故应将A接线柱接入电路；
电压表与灯泡并联测其两端电压，额定电压为2.5V的小灯泡，所以电压表使用0-3V量程．如图所示：
；
（3）为了保护电路，闭合开关前应将滑动变阻器滑片置于B端，使其阻值最大；
小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路可能发生断路，电压表有示数，说明故障可能是与电压表并联的灯泡断路；
（4）电压表示数为2.2V，小于灯的额定电压，要使灯正常发光，应增大灯的电压，减小变阻器分得的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，所以滑片向左端移动，直到电压表示数为2.5V；
（5）由图象知，灯泡的额定电压U_额=2.5V对应的电流是I_额=0.2A，
则灯泡的额定功率：P_额=I_额U_额=2.5V×0.2A=0.5W；
由图象知电压U=1.5V对应的电流 I=0.15A，
通电1min小灯泡消耗的电能：W=UIt=1.5V×0.15A×60s=13.5J；
（5）电源电压为6V，定值电阻两端电压为2V，则滑动变阻器分压为6V-2V=4V，
当接入20Ω的电阻时变阻器连入阻值最大，由串联电路特点知：I_R=I_滑，
由欧姆定律有：$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{2V}{20Ω}$=$\frac{4V}{{R}_{滑}}$，
解得：R_滑=40Ω，即变阻器最大阻值应不小于40Ω．
故答案为：（1）断开；（2）见上图；（3）B；灯泡断路；（4）左；（5）0.5；13.5；（6）40．

点评 本题是测定“小灯泡电功率”的实验，考查了实物连接、故障分析、电表读数、功率和电能计算，实验操作等，还考查了对控制变量法的应用，考查知识点多，综合性强，是一道好题．