Question

13．在“测定小灯泡的电功率”实验中，电源电压为6V，小灯泡L的额定电压为2.5V，电阻大约为10Ω左右，可供选用的滑动变阻器R₁和R₂的最大阻值分别为10Ω、50Ω，实验电路如图1所示．
（1）应该选用的滑动变阻器是R₂（选填“R₁”或R₂”）．
（2）如图2是根据实验数据绘成的小灯泡U-I图象．根据图象提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W．
（3）继续移动滑片，小灯泡突然熄灭，此时电流表示数为0，而电压表有示数，那么发生的故障是灯泡断路．
（4）利用选定的实验器材，为了探究电流与电阻的关系，用定值电阻替代小灯泡，并保持定值电阻两端电压为2V不变，为了利用现有器材完成实验，选用的定值电阻阻值不能超过25Ω．

Answer 1

分析 （1）知道灯泡额定电压和电阻，求出灯泡额定电流．滑动变阻器与灯泡串联．根据测量电路电压特点，求出灯泡正常工作时，滑动变阻器的电压，求出滑动变阻器的电阻．
（2）根据图象得出灯泡正常发光时，通过灯泡的电流，然后根据P=UI，计算额定功率；
（3）当灯泡电压超过额定电压会烧坏灯泡，电压表串联在电路中，电压表测电源电压．
（4）根据串联电路分压原理，电阻两端的电压为2V，当变阻器接入电路的电阻最大时，其分得的电压最多，据此计算．

解答 解：（1）灯泡正常工作时，灯泡的额定电流：I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
滑动变阻器电压为：U_R=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑动变阻器电阻为：R=$\frac{{U}_{R}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω；
选择滑动变阻器R₂．
（2）由图象找到灯泡2.5V的电流为0.2A，则灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
（3）继续左移滑片，灯泡电压增大超过灯泡额定电压，烧断灯丝，电路断路，电流表示数为0，电压表串联在电路中；
（4）变阻器的作用是保持电压为2V不变，当接入电路的电阻越大时，要求滑动变阻器接入电路的电阻也越大，当变阻器接入电路的电阻最大为R_大=50Ω时，
要保持电压表示数为2V不变，则变阻两端电压U'=U-U'R=6V-2V=4V，
根据串联电路的分压特点可知：$\frac{U'}{U{'}_{R}}$=$\frac{{R}_{大}}{R'}$，即R'=$\frac{U'}{U{'}_{R}}$×R_大=$\frac{4V}{2V}$×50Ω=25Ω．
故答案为：（1）R₂；（2）0.5；（3）灯泡断路；（4）25．

点评 伏安法测灯泡电阻或功率的实验中，既考查电压表、电流表量程的确定方法以及滑动变阻器规格的选择，同时还考查欧姆定律、电功率计算公式的应用，注意灯泡只有在额定电压下才可以正常发光．