Question

5．在一次测量小灯泡额定功率的实验中，所用电源由两节新干电池串联组成，小灯泡上标有“2.5V”字样（小灯泡额定功率约为0.6W），小刚连接了如图甲所示的电路．

（1）请你用笔画线代替导线，将甲图中的实物电路连接完整，要求：滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大．
（2）正确连接电路后闭合开关，发现电压表有示数，电流表示数几乎为零，灯泡不发光，导致这一现象的原因可能是灯泡断路．
（3）待改接好电路后，小刚同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙中的A所示的图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.625W，该图象不是直线，主要原因是灯丝电阻受温度的影响；
（4）另外一组同学用相同的器材也做这实验时，根据测量的数据绘出的I一U图象如图乙中的B所示，并计算出小灯泡的额定功率为0.25W，老师指出他们实验过程中有错误，你认为他们的错误是电压表接在了滑动变阻器两端．此时小灯泡的实际功率为0.05W．
（5）实验过程中，小明这组的电流表烧坏，老师另给了一只电阻箱，他利用电阻箱和余下部分器材设计了如图丙所示的电路，也测出了小灯泡的额定功率．小明的实验方法如下：
①根据电路图连接实物电路；
②只闭合开关S₁、S₂，调节滑动变阻器，使电压表示数为2.5V；
③断开S₃，闭合S₂，调节电阻箱，达到步骤②中同样的效果，读出此时电阻箱的电阻为R．
④灯泡的额定功率P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器采用一上一下的接法；
（2）电压表有示数说明与电压表两接线柱连接的电路是通路，小灯泡不亮、电流表的示数为零说明电路断路，即电压表并联的部分断路．
（3）从图象上找到额定电压对应的点，读出对应的电流，利用P=UI计算额定功率；该图象不是直线，即电压和电流的比值也就是电阻不是定值，是因为电阻大小与温度有关．
（4）电压表并联在灯泡两端时，随着电流的增大，灯泡两端的电压增大，根据串联电路电压的特点，变阻器两端的电压会随之减小．根据P=UI求出功率；
（5）将灯与变阻器串联接入电路中，首先移动变阻器的滑片P，使电压表示数为灯的额定电压2.5V，灯正常发光；在没有电流表的情况下，要测灯的额定功率，根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，求出灯正常发光时的电阻大小即可，为求出灯正常发光时的电阻大小，根据等效替代法，再将电阻箱与变阻器串联接入电路，通过调节电阻箱旋钮，使电压表示数保持不变，则此时电阻箱连入电路的阻值R₀即为灯正常发光时的电阻大小．

解答 解：（1）滑动变阻器采用一上一下的接法，滑片向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，则滑动变阻器的右下方接线柱与灯泡右接线柱相连，如图：
；
（2）小灯泡突然熄灭，检查发现电流表的示数为零，电压表的示数接近电源电压，说明电压表并联的部分断路，电路的故障可能是小灯泡断路．
（3）由图象知，当灯的电压是2.5V时，对应的电流值为0.25A，额定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
小灯泡的电流随电压变化的图象不是一条直线，说明小灯泡的电阻不是定值，并且灯丝的电阻随电压的增大而升高，即灯丝的电阻随温度的升高而增大．
（4）图中的B图象，随着电流的增大，电压减小，正好与A图象相反，符合滑动变阻器两端电压的变化规律，因此电压表接在了滑动变阻器两端．
此时灯泡两端的电压为0.5V，电路中的电流为0.1A，则其功率为：P=UI=0.5V×0.1A=0.05W；
（5）在上面分析的基础上，实验方案如下：①闭合开关S₁，S₃，移动变阻器的滑片P，使电压表示数为2.5V；
③利用测量出的物理量及已知量，则小灯泡额定功率的表达式P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．
故答案为：（1）如图；（2）灯泡断路；（3）0.625；灯丝电阻受温度的影响；（4）电压表接在了滑动变阻器两端；0.05；（5）②电压表示数为2.5V；③电阻箱；④$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．

点评 本题 测定额定电压为2.5V小灯泡的电功率，考查电路的连接、故障的分析、操作过程、额定功率的计算，决定灯亮度的因素、等效替代法及在没有电压表情况下设计实验方案测额定功率的能力，有一定难度．