Question

20．小飞同学想研究小灯泡的发光亮度与实际电功率的关系，选取了一个标有“2.5V”、额定功率约为1W的小灯泡和必要的实验器材．

（1）如图甲所示是小飞连接的实物图，请你用笔画线代替导线完成实验电路的连接．
（2）当小飞连接好所有的导线时，发现小灯泡立即发出耀眼的光，接着小灯泡烧坏，请指出小飞在连接电路时的错误操作：
①连接电路时，没有断开开关；
②滑动变阻器的滑片没有调到阻值最大端．
（3）改正错误后，小飞先后测量了3次，并把测量的数据和观察到的现象填写在表格里，其中第1次测量时电流表的示数如图乙所示，小灯泡的额定功率为0.8W．

次 数	电压表示数U/V	电流表示数I/A	实际功率P/W	灯泡亮度
1	2.50			正常
2	2.00	0.38	0.76	偏暗
3	3.00	0.46	1.38	偏亮

（4）从小飞的数据记录表格中，找出他的实验方案中存在的一条不足实验次序不条理，不利于发现规律．
（5）接下来小飞用一个发光二极管替换电路中的小灯泡，进一步研究发光二极管的亮度与实际电功率的关系．闭合开关后，无论怎样调节滑动变阻器的滑片，发现此二极管都不发光，且电流表无示数，电压表有示数．经检查整个电路连接及元件均完好，则出现此现象的原因是二极管正负接线柱接反了．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡额定电压与灯泡正常发光时的电流确定电表量程，把电流表、滑动变阻器串联接入电路，电压表并联在灯泡两端；
（2）为保证电路安全，连接电路时，开关要断开，滑动变阻器接入电路的阻值应为滑动变阻器的最大阻值；
（3）由图丙所示电流表确定其分度值，读出电流表示数，然后由P=UI求出灯泡额定功率；
（4）在设计实验步骤时，要合理安排实验先后顺序，以便于得到正确的数据或客观的结论；
（5）电流表无示数，说明电路断路，但二极管正负接线柱接反后，二极管相当于断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连．

解答 解：
（1）灯泡额定电压是2.5V，电压表选0～3V量程，灯泡额定功率在1W左右，
正常发光时的电流约为I=$\frac{P}{U}$=$\frac{1W}{2.5V}$=0.4A＜0.6A，所以电流表选0～0.6A量程，把电流表与滑动变阻器串连接入电路，电压表与灯泡并联，电路连接如图所示：
；
（2）①连完导线，灯泡立即发光，说明电路是闭合的，连接电路时开关闭合；
②灯泡发出耀眼的光，说明电路电流太大，电路电阻很小，滑动变阻器接入电路的阻值很小，滑动变阻器滑片没有调到最大阻值处；
（3）电流表量程为0～0.6A，由图乙所示电流表可知，其分度值是0.02A，示数为0.42A，
灯泡额定功率为P=UI=2.5V×0.42A=1.05W；
（4）有统计表格可以看出，研究灯泡发光亮度与实际电压的关系时，采用的是等于额定电压、小于额定电压和大于额定电压的顺序进行的．这样安排不利于以正常发光亮度为基础，比较实际电压对灯泡亮度的影响．正确的顺序应该是低于额定电压、等于额定电压、高于额定电压；
（5）电流表无示数，说明电路断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，因此电路故障为二极管正负接线柱接反了．
故答案为：
（1）如图所示；
（2）①连接电路时，没有断开开关；②滑动变阻器的滑片没有调到阻值最大端；
（3）1.05；
（4）实验次序不条理，不利于发现规律；
（5）二极管正负接线柱接反了．

点评 此题考查的是“探究灯泡亮度与实际电压”的关系实验，属于基本技能的考查，涉及到实物图的连接、电流表读数、实验步骤的优化和电功率的计算，考查的知识点较多，但难度不大．