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12.一个额定电压为2.5V的小灯泡,正常工作时的电阻约为10Ω,小明想探究小灯泡的电流与其两端电压的关系.实验室提供了如下器材:电源(电压恒为6V)、电压表、电流表、“50Ω 0.5A”的滑动变阻器、开关各一个,导线若干.
(1)请你帮助小明用笔画线代替导线,将图甲中的实物电路连接完整,要求滑片位于最右端B时,滑动变阻器接入电路的电阻值最大.
(2)正确连线后,小明将滑片置于最右端,闭合开关,发现小灯泡不亮,两电表无示数.为判断故障,小明将电压表改接在滑动变阻器下面两接线柱上,发现电压表有示数.则电路发生故障的原因是滑动变阻器断路.
(3)排除故障后,小明移动滑动变阻器的滑片,记下多组电流表及对应电压表的示数,并画出图乙所示的I-U图象.从图象可看出,当电压较高时,电流与电压并不成正比,其原因是灯丝的电阻随温度的升高而增大.
(4)由图象信息可知,小灯泡的额定功率为0.5W,小灯泡正常发光时,滑动变阻器接入电路的电阻为17.5Ω.

分析 (1)将滑动变阻器一上一下串联在电路中,根据要求判断下端所接的接线柱;
(2)通过小灯泡不亮,两电表无示数,判断出电路中出现断路,然后根据具体情况判断断路处;
(3)根据灯丝电阻随温度的升高而增大的特点进行分析;
(4)判断出额定电压和电流,根据P=UI计算额定电功率,根据R=$\frac{U}{I}$计算电阻值.

解答 解:(1)将滑动变阻器串联在电路中,滑片位于最右端B时,滑动变阻器接入电路的电阻值最大,则滑动变阻器的下面应接左边的接线柱,如图所示:

(2)小灯泡不亮,两电表无示数,则电路断路,将电压表改接在滑动变阻器下面两接线柱上,发现电压表有示数,则说明与电压表并联的滑动变阻器断路;
(3)灯丝的电阻随温度的升高而增大,当电压升高时,灯泡的亮度增大,灯丝的温度升高,所以当电压较高时,电流与电压并不成正比;
(4)由图象知,当U=2.5V时,灯泡中的电流I=0.2A,所以P=UI=2.5V×0.2A=0.5W;
当小灯泡正常发光时,滑动变阻器两端的电压为U=6V-2.5V=3.5V,R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.5V}{0.2A}$=17.5Ω.
故答案为:(1)见上图;(2)滑动变阻器断路;(3)灯丝的电阻随温度的升高而增大;(4)0.5;17.5.

点评 本题是电学实验题,主要考查了滑动变阻器的连接、电路故障的分析、灯丝电阻与温度的关系及电功率、电阻的计算,考查全面,综合性较强.

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