Question

8．某小组测量“小灯泡电功率”的实验，已知电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V，小灯泡的电阻约为10Ω，滑动变阻器上标有“40Ω，1A”字样，如图甲是斌斌同学没有连接完的实物图电路．

（1）请你用笔画线代替导线，将实物图连接完整（要求：滑片左移灯变亮）；
（2）移动滑动变阻器的滑片到某一位置，电压表的示数如图乙所示，此时小灯泡两端电压为2.1V，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片向左滑动（选填“左”或“右”）；
（3）继续调节滑动变阻器滑片的过程中，小灯泡发出耀眼的白光后突然熄灭，此刻他会观察到电压表指针超过满刻度（“回到0刻度”、“达到满刻度”或“超过满刻度”）；
（4）图丙是根据实验数据绘成的I-U图象．根据图象提供的信息，可计算出小灯泡的额定功率0.75W；
（5）在分析误差的过程中，同组的小于认为此种方法测量的电功率也存在一定的误差，因为电压表是有电阻的，使电流测的不准确，从而使测量的灯泡额定功率偏大（选填“偏大”或“偏小”）；
（6）小亮利用该电路探究电流跟电阻的关系，他将小灯泡换成多个定值电阻R，保持电压始终为2V，多次更换阻值不同的定值电阻R，并记录各次电流表的示数，若不更换其他器材，为了能够完成实验，更换的电阻阻值不能够大于20Ω．

Answer 1

分析 （1）在测量灯泡电功率实验中，需要电压表与灯泡并联测量两端电压；电流表与灯泡串联测量电路电流，根据灯泡额定电压和电阻阻值确定电流表量程；滑动变阻器与灯泡串联调节灯泡两端电压；
（2）读取电压表示数时，首先要明确电压表选择的量程和对应的分度值，读数时视线与指针所对刻线相垂直；要测量灯泡额定功率，两端电压必须等于额定电压，根据串联电路电压与电阻成正比确定滑片移动方向；
（3）灯泡发出耀眼的白光后熄灭，说明两端电压超过额定电压太多，烧断灯丝出现断路．
（4）由电压为2.5V时的电流数据计算功率．
（5）由电路图可知电流表测量的是通过灯泡和电压表的电流之和，因为电压表的内阻并不是无穷大，所以所测的电流不准确，根据P=UI可判断灯泡额定功率的变化．
（6）先根据电压表的量程、分度值以及指针的位置读出电压表的示数；然后根据串联电路的电阻与电压的关系，并结合滑动变阻器的最大阻值解答．

解答 解：
（1）灯泡的额定电压为2.5V，则灯泡的额定电流为=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＜0.6A，所以电流表选0～0.6A的量程，且与灯泡串联，注意电流从正接线柱流入负接线柱流出；滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，由于要求滑片左移灯变亮，说明滑片左移时变阻器的阻值变小，电流变大，灯变亮，所以滑动变阻器连接左下接线柱，连接如下图所示：

（2）由图知，电压表选择的是0～3V量程，对应的分度值为0.1V，此时的示数为2.1V；由于电压表的示数为2.1V，小于额定电压2.5V；要使灯泡正常发光，需增大灯泡两端的电压，则应减小滑动变阻器两端电压，因此需减小滑动变阻器接入电路的阻值，故应将滑动变阻器的滑片向左调节．
（3）灯丝因电压太高烧断后，电压表与滑动变阻器、电源串联，电压表测量电源电压，因此指针超过满刻度．
（4）由丙图象可知，当灯的电压为额定电压2.5V时，电流为0.3A，
则小灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（5）电流表串联在灯泡与电压表并联后的干路上，测量的是通过灯泡和电压表的电流之和，因为电压表的内阻并不是无穷大，所以所测的电流比灯泡的实际电流值要大，根据P=UI可知，测量的灯泡额定功率偏大．
（6）在探究电流跟电阻的关系实验中，应保持电压表示数不变，即保持电阻两端的电压为2V不变，
则根据串联电路电流相同的特点得：I_定值=I_滑动，
根据欧姆定律有：$\frac{{U}_{定值}}{{R}_{定值}}$=$\frac{U-{U}_{定值}}{{R}_{滑动}}$，
即：$\frac{2V}{{R}_{定值}}$=$\frac{6V-2V}{{R}_{滑}}$，
则R_定值=$\frac{1}{2}$R_滑动，
因为R_滑大=40Ω，
所以更换的定值电阻最大为：R_定值大=$\frac{1}{2}$R_滑大=$\frac{1}{2}$×40Ω=20Ω．
故答案为：
（1）见上图；（2）2.1；左；（3）超过满刻度；（4）0.75；（5）偏大；（6）20．

点评 本题考查了连接电路图、实验原理、电路故障分析、滑动变阻器作用、滑动变阻器调节等问题，是常考问题，一定要掌握；连接电路图时，注意电表量程的选择；本题难点是探究电流跟电阻关系的实验中，为了保持电阻两端的电压不变，根据串联电路的特点和欧姆定律得出定值电阻R与滑动变阻器连入电路的电阻阻值关系．