Question

10．如图所示，在测定“小灯泡电功率”的实验中，电源电压为4.5V，小灯泡额定电压为2.5V、电阻约为10Ω．

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整．
（2）小刘同学在实验中连接好电路，闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表无示数，原因可能是灯开路（或灯座接触不良）（写出一种即可）
（3）小熊同学移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的，I-U图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W．
（4）小张小组设计了另一种实验方案（其中电源电压未知，电阻R的阻值已知）．
①电路如图丙所示；
②移动滑片P滑到任一位置，开关S拔到位置1，读出电流表示数I₁；
③开关S拔到位置2，滑片位置不动，读出电流表示数I₂．先算出灯泡的电阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$（请你用所测的物理量表示），再根据：P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$计算灯泡的额定功率．他们按此方案测量，发现实验结果与真实值相差较大，原因是：灯泡电阻随温度的变化而变化，题中所求电阻值R_L与灯泡正常发光时的阻值不相等．

Answer 1

分析 （1）由欧姆定律得出灯正常发光时的电流大小，确定电流表量程串联在电路中；
（2）灯泡不亮，可能是灯泡断路或灯泡短路或灯泡之外的电路断路；电流表示数为零，说明电路存在断路；
电压表示数接近于电源电压，说明电压表与灯泡两端相连，灯泡之外电路不存在断路，综合分析可知电路故障为灯泡开路（或灯座接触不良）；
（3）由图乙找到额定电压下的电流，由P=UI求出灯泡的额定功率；
（4）分析开关S拔到位置1时电路的连接，由欧姆定律求出电阻两端的电压，由并联电路的特点求出灯泡的电压；
开关转换时，电路连接关系没有变化，各用器的电阻、电压没有变化，通过电阻的电流不变，由并联电路电流的规律求出通过灯的电流，最后由欧姆定律求出灯泡的电阻；
灯泡电阻随温度的变化而变化，题中所求电阻值R_L与灯泡正常发光时的阻值不相等，所以根据据P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率与额定功率的真实值相差较大；

解答 解：（1）小灯泡额定电压为2.5V、电阻约为10Ω，灯正常发光时的电流大小I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，电流表选用
小量程串联在电路中，如下所示：

（2）闭合开关后，发现无论怎样移动滑片P，灯都不亮，电流表示数始终为0，电压表示数约为6V，则电路中出现的故障可能是：灯泡开路（或灯座接触不良）；
（3）由图知：电压为2.5V时，电流表示数是0.2A，
灯泡额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）①电路如图丙所示；
②移动滑片P滑到任一位置，开关S拔到位置1，读出电流表示数I₁；
③开关S拔到位置2，滑片位置不动，读出电流表示数I₂．
开关在位置1时，灯泡与电阻并联，电流表测通过R的电流，由并联电路电压的规律和欧姆定律，灯泡两端的电压U_L=U_R=I₁R，
开关打到2位置时，滑片位置不动，电路连接关系没有变化，各用器的电阻、电压没有变化，通过电阻的电流不变，电流表测干路电流，
由并联电路特点知：流过灯泡的电流I_灯=I₂-I₁，
则灯泡电阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；
因为灯泡电阻随温度的变化而变化，题中所求电阻值R_L与灯泡正常发光时的阻值不相等，
所以根据P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$计算求出的功率与额定功率的真实值相差较大；
故答案为：（1）如上所示；
（2）灯开路（或灯座接触不良）；
（3）0.5；
（4）③$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；灯泡电阻随温度的变化而变化，题中所求电阻值R_L与灯泡正常发光时的阻值不相等．

点评 本题测定小灯泡电功率，考查电路的连接、故障的分析、额定功率的计算、影响电阻大小的因素及对实验方案的评估，为中考的热点问题．