Question

3．小明做测量标有“2.5V”字样的小灯泡电功率的实验
如表1：

次数	电压表示数/V	电流表示数/A
1	0.5
2	2.0	0.32
3	2.5

如表2：

次数	1	2	3	4
电阻R/Ω	5	10	15	20
电流U/I	0.6	0.3	0.2	0.15

（1）请你用笔画线代替导线，将甲图中的实物电路连接完整；
（2）电路连接后，闭合开关，小灯泡不亮，电压表有示数，任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数都不变；经检查，电路连接无误，且导线无接触不良之处，产生这种故障的原因是灯泡旳灯丝断了；
（3）电路正常后，小明记录的部分实验数据如表1所示，其中第一次实验时，电流表的示数如图乙所示，请你替小明将电流表的示数填入表格对应的空格内；
（4）由于小明粗心大意，没有记录灯泡正常发光时电流表的示数，于是他根据第二次实验数据计算出灯泡电阻：R=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2.0V}{0.32A}$=6.25Ω，再计算出灯泡的额定功率：P=$\frac{{{U}_{2}}^{2}}{R}$=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{6.25Ω}$=1W．请你对小明计算额定功率的方法作出评价：小灯泡的额定功率小于（选填“大于”“等于”或“小于”）1W，理由是灯泡旳灯丝随温度的升高而增大．
（5）完成实验后，小明又找来几个不同阻值的电阻代替小灯泡继续做“探究电压不变时，电流与电阻的关系”的实验，得到的实验数据如表2所示，小明做完第二次实验后，用15Ω的电阻代替10Ω的电阻，闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片P向A端移动（选填“A”或“B”），使电压表的示数为3V，完成第三次实验．

Answer 1

分析 （1）探究灯泡发光实验中，电流表、滑动变阻器应与小灯泡串联接入电路，电压表并联在灯泡两端．
（2）闭合开关开始实验，发现小灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不偏转，说明问题出在电压表两接线柱之间的电路，短路不对（这样电压表示数为0），只能是小灯泡开路．
（3）灯泡很暗，说明电压太低，为使灯两端的电压增大，就要使滑动变阻器两端的电压减小，连入的电阻减小，所以要向B端移动滑片；由图乙确定电流表量程与分度值，然后读出电流表示数；
（4）因为灯泡电压增大，灯泡亮度增大，灯丝温度升高，灯丝电阻随电压的增大而增大．
正常发光时的电阻大于第二次实验时的灯丝电阻，即：R＞6.25Ω；根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知计算出的额定功率偏大还是偏小；
（5）用15Ω的电阻替换10Ω的电阻，闭合开关后，由于电路总电阻变大，电路电流变小，滑动变阻器两端电压变大，由于电源电压不变，由串联电路的特点知，电阻两端电压变大，要保持电阻两端电压不变，应移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，灯泡两端的电压减小，以保证电阻两端的电压保持不变．

解答 解：
（1）实物连接过程中，电流表串联，电压表要与灯泡并联，根据灯泡额定电压为2.5V可知：电压表选择0～3V量程，如图所示．

（2）电压表有示数，电流表指针几乎不偏转，说明问题出在电压表两接线柱之间的电路，短路不对（这样电压表示数为0，电流表有示数），导线无接触不良之处，则只能是小灯泡灯丝断了．
（3）连接电路时，开关应处于断开状态；滑动变阻器接入电路的阻值最大，所以闭合开关第一次实验时，滑动变阻器的滑片应处在阻值最大处，则此时的电压表的示数是最小，由图2知，电流表选择的是0～0.6A量程，此时的示数为0.14A．
（4）第二次实验数据计算出灯泡电阻R=6.25Ω，灯泡两端电压增大，灯丝温度升高，灯丝的电阻随温度的升高而增大，此时R＞6.25Ω，则利用P=$\frac{{U}^{2}}{R}$=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{6.25Ω}$=1W计算的额定功率偏大，所以灯泡的额定功率小于1W；
（5）由表中实验数据知，电阻两端的电压为5Ω×0.6A=3V保持不变；为保证电阻两端的电压保持不变，用15Ω的电阻替换10Ω的电阻，闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片P向B端移动，使电压表的示数为3V，完成第三次实验；
故答案为：（1）如上图；（2）灯泡灯丝断了；（3）0.14；（4）小于；（5）左；3．

点评 本题涉及电压表的连接和电流表的读数、滑动变阻器的使用、电路故障的分析，虽综合性强，但都属于基础知识，难度适中