Question

8．如图1，这是九（2）班同学到实验室做“测定小灯泡额定功率”的实验装置．被测小灯泡的额定电压为3.8V，电阻约为10Ω．实验室有如下器材：电源（电压恒定为6V）、电流表（0～0.6A、0～3A）、电压表（0～3V、0～15V）、开关各一只，导线若干，滑动变阻器三只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω  0.5A）、R₃（20Ω  0.3A）．

（1）用笔画线代替导线将实物图连接完整；
（2）你觉得滑动变阻器应选用R₂（R₁/R₂/R₃）；
（3）某小组的实验记录分析表如下．老师认为该小组数据处理过程有误，你认为正确的测量结果P_额=1.52W；

实验序号	电压表示数/V	电流表示数/A	功率/W	额定功率/W
1	3.0	0.36	1.08	P额=$\frac{1.08+1.52+1.89}{3}$=1.50
2	3.8	0.40	1.52
3	4.5	0.42	1.89

（4）在某次调节中，滑动变阻器接入电路的阻值减小了△R₁，小灯泡的阻值变化了△R₂，则△R₁＞△R₂（＞/＜/=），你的理由是：当变阻器连入电路中的电阻变小时，电路中电流变大，由欧姆定律，电路的总电阻变小，而灯泡的电阻变大，故变阻器减小的电阻要比灯泡增大的电阻要大．
（5）若不慎将电压表所选的量程损坏，怎样利用另一个量程测出小灯泡的额定功率呢？你的建议是使用电压表小量程将电压表并联在滑动变阻器两端，移动滑片使电压表示数为2.2V；
（6）小红更换电源，对额定电压为“2.5V”的小灯泡也进行了实验，测得数据如表所示．断开开关时，发现电表如图2所示．假如不再重新实验，请你利用小红已获取的信息，计算出该小灯泡的额定功率是0.75W．

U/V	2	2.5	3
I/A	0.22	0.26	0.30

（7）本实验电路除了能测出小灯泡的功率，小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，小华认为还能探究“电流与电压”的关系，你认为小华同学的观点是错误的，理由是：灯丝的电阻随温度的升高而变大，无法控制灯丝的电阻为定值．

Answer 1

分析 （1）变阻器按一上一下接入电路中与灯串联，根据小灯泡的额定电压确定电压表量程；
（2）由欧姆定律，灯正常发光时求通过灯的电流，由串联电路电压的规律，变阻器分得的电压，再由欧姆定律求变阻器连入电路中电阻大小确定选用变阻器；
（3）灯在额定电压下的功率为额定功率，不同电压下灯的功率不同，将不同电压下的功率取平均值没有意义；
（4）通过对滑动变阻器电阻、灯泡电阻、总电阻变化情况分析的出结论；
（5）结合（2），将电压表小量程并联在变阻器两端；
（6）电流表指针没有指在零刻度线上，由此分析实验的电流大小，根据公式P=UI计算额定功率；

解答 解：（1）变阻器按一上一下接入电路中与灯串联，被测小灯泡的额定电压为3.8V，故电压表选用大量程与灯并联，如下所示：

（2）由欧姆定律，灯正常发光时，通过灯的电流约为：I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}=\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A＜0.5A；
由串联电路电压的规律，变阻器分得的电压U_滑=6V-3.8V=2.2V，故变阻器连入电路中电阻大小：
R_滑=$\frac{{I}_{滑}}{{I}_{L}}=\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.79Ω＞5Ω，故选用变阻器选用R₂（10Ω 0.5A）；
（3）灯在额定电压下的功率为额定功率，不同电压下灯的功率不同，将不同电压下的功率取平均值没有意义，是错误的；由表中数据知，灯的额定功率为1.52W；
（4）当变阻器连入电路中的电阻变小时，电路中电流变大，由欧姆定律，电路的总电阻变小，而灯泡的电阻变大，故变阻器减小的电阻要比灯泡增大的电阻要大．
（5）若损坏了电压表大量程，由（2）知，当变阻器分得的电压U_滑=2.2V时，灯正常发光，故使用电压表小量程将电压表并联在滑动变阻器两端，移动滑片使电压表示数为2.2V即可；
（6）断开开关时，图2中电压表无示数，但电流表的指针却指在零刻度左侧的位置，出现这种现象的原因是电流表在使用前没有调零，电流表（分度值为0.02A）指针指在0.04A处，由表中数据，当电流表示数为0.26A时，其实际电流为0.26A+0.04A=0.3A；灯泡的额定功率为：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（7）根据欧姆定律的变形公式R=$\frac{U}{I}$，小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，是正确的；探究“电流与电压”的关系，要控制电阻的大小不变，而灯丝的电阻随温度的升高而变大，无法控制灯丝的电阻为定值，故小华同学的观点是错误的．
故答案为：（1）如上所示；
（2）R₂；
（3）1.52；
（4）＞；当变阻器连入电路中的电阻变小时，电路中电流变大，由欧姆定律，电路的总电阻变小，而灯泡的电阻变大，故变阻器减小的电阻要比灯泡增大的电阻要大．
（5）使用电压表小量程将电压表并联在滑动变阻器两端，移动滑片使电压表示数为2.2V；
（6）小华；灯丝的电阻随温度的升高而变大，无法控制灯丝的电阻为定值．

点评 本题测定小灯泡额定功率，考查电路连接、器材的选择、影响电阻大小的因素、设计实验方案的能力，同时也考查了探究“电流与电压”的关系实验和控制变量法的运用．