Question

14．要测量一只额定电压为2.5V小灯泡的电功率（电阻大约在6～10Ω之间），刘星同学连接了如图所示的电路．
（1）请用笔画线将图中的电路连接完整．（导线不允许交叉）
（2）刘星连接好电路后，闭合开关，刘星发现电压表有示数且接近电源电压，但小灯泡不亮，电流表也基本上无示数．经检查，电路连接无误，那么造成这种结果的故障可能是B
A．小灯泡短路       B．小灯泡断路
C．滑动变阻器短路    D．滑动变阻器断路
（3）另一位同学也在做这个实验，他在连接上最后一根导线时发现小灯泡突然发出很亮的光而且很快熄灭．出现这个现象的原因是在他连接电路的过程中存在两个错误，请你替他找出错误：①连接电路时没断开开关；
②滑动变阻器的滑片没有调到最大阻值处．
（4）刘星排除故障后进行实验，实验完成后，刘星将有关数据填在了表格里：

次数	电压U/V	电流I/A	电功率P/W	平均电功率P/W
1	1.5	0.2	0.3	0.67
2	2.5	0.3	0.75
3	3.0	0.32	0.96

由表中数据可知，小灯泡正常发光时的电阻约为8.3Ω，小灯泡每次电阻不同的原因是小灯泡的电阻随温度的升高而增大．以上刘星设计的数据表格中存在不合理的地方，请你帮他找出来并解释清楚原因，不合理的地方是平均电功率，原因是灯泡在不同电压下的功率不同，计算灯泡功率的平均值无意义．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡额定电压确定电压表量程，根据灯泡正常发光时的电流确定电流表量程，
滑动变阻器、电流表、开关串联接入电路，电压表与灯泡并联，连接电路时，注意滑动变阻器的接法，注意电压表正负接线柱不要接反；
（2）小灯泡不亮，电流表无示数，可能是电路断路了，根据电压表示数接近电源电压，分析判断故障原因；
（3）连接完最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光，说明连接完最后一根导线，电路立即接通且电路电阻阻值很小，可从连接电路的注意事项入手分析原因；
（4）根据表中数据找出小灯泡的额定电压对应的电流，然后根据欧姆定律的变形公式R=$\frac{U}{I}$求出小灯泡正常发光时的电阻；
小灯泡电阻受温度影响，随温度升高而增大；小灯泡两端电压增大，电流增大，功率增大，计算功率平均值无意义．

解答 解：（1）灯泡额定电压是2.5V＜3V，因此电压表选0～3V量程；
灯泡正常发光时的最大电流约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{6Ω}$≈0.42A，因此电流表选0～0.6A量程；
滑动变阻器、电流表、开关串联接入电路，电压表与灯泡并联，如图所示．

（2）闭合开关，小灯泡不亮，电流表也基本上无示数，说明电路出现断路，
电压表示数接近电源电压，即测量的是电源电源，说明电压表的两接线柱到电源两极之间不存在断路，
因此可能是与电压表并联的小灯泡断路； 故选：B．
（3）为保护电路，连接电路时应：①断开开关，②滑动变阻器的滑片要调到使连入电路的电阻为最大的位置．
甲组同学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，说明连完最后一根线，电路立即接通且电路电流较大，电路阻值太小，
原因是：①连接电路时没断开开关；②滑动变阻器的滑片没有调到最大阻值处．
（4）由表中数据可知，灯泡额定电压U=2.5V时，所对应的电流I=0.3A，
由欧姆定律得，小灯泡正常发光时的电阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω．
由于灯泡的电阻受温度影响，随温度升高而增大，因此三次实验计算所得的电阻不相同．
因为灯泡在不同电压下的功率不同，因此计算功率的平均值是没有意义的，故表格中“电功率的平均值”这一栏不合理．
故答案为：（1）见上图；
（2）B；
（3）①连接电路时没断开开关；②滑动变阻器的滑片没有调到最大阻值处；
（4）8.3；小灯泡的电阻随温度的升高而增大；平均电功率；灯泡在不同电压下的功率不同，计算灯泡功率的平均值无意义．

点评 本题考查了小灯泡电功率的测量，涉及到实物电路的连接、电路故障分析、实验注意事项、电阻的计算、灯泡电阻与温度的关系及表格的设计等知识点，属于电学实验经常考查的内容，比较基础，应牢固掌握．