Question

5．小红想要测定额定电压为2.5V的小灯泡正常发光时的电功率．现有如下器材：电流表一只（量程0～0.6A和0～3A），电压表一只（量程为0～3V和0～15V），滑动变阻器两只（甲“5Ω 1A”、乙“20Ω 0.5A”），开关一个，电压恒定为6V的电源一个，导线若干．

（1）她已连接好如图甲所示的部分电路，有两根导线还没连好，请你帮她完成电路的连接（要求：其它的导线不要变动，滑片左移灯变亮）．
（2）正确连好电路后，闭后开关前应把滑动变阻器滑片的调到最右边（填写“最左边”或“最右边”）．
（3）第一次实验时电流表的示数如图乙所示，电流表的读数为0.36A，在完成第1次实验后，为了使灯泡正常发光，她应将滑片向左移动．第三次实验后小红继续移动滑片发现灯泡发出耀眼的光后便熄灭，同时电流表示数变为0，电压表的指针超过满刻度，则电路中出现的故障可能是灯泡断路（故障只发生在用电器上）．
（4）小红三次实验的数据如表1所示，根据你的估算，小红选用的是乙滑动变阻器（选填“甲”或“乙”）．
表1：

次数	1	2	3
U/V	2.0	2.5	3.0
I/A		0.40	0.42

（5）她测出得小灯泡的额定功率是1W，同时，小红还注意到，这个实验记录也可以用来计算灯丝的电阻，但是她有些纳闷儿：怎么三次计算的灯丝电阻却不一样呢？请你对此作出合理的解释灯丝电阻受温度影响（随温度的升高而增大）．
（6）实验完成后，小红与其他同学一起交流，表2是他们各自测量得到的灯泡正常发光时的电压和电流，以及灯泡亮度的对比结果，根据他们观察的现象和实验数据分析．你认为灯泡的亮度由实际功率决定．
表2：

	正常发光时的电压/V	正常发光时的电流/A	正常发光时的亮度
小红	2.5	0.4	亮
小明	8	0.1	暗
小强	4	0.3	最亮

Answer 1

分析 （1）将电压表与灯泡串联，根据灯泡的额定电压判断量程；滑动变阻器串联在电路中，根据要求选择下面所接的接线柱；
（2）在闭合开关前，应将滑片移至最大阻值处；
（3）根据图乙读出电流表的示数；根据表中第1次电压数据，比较电压表示数与额定电压的大小，由串联电路电压的特点和分压原理确定滑片移动的方向；
根据继续移动滑片判断的电阻、电流的变化，由欧姆定律分析电路中的电流变化，确定电路发生的现象来分析；
（4）根据第一次数据计算出滑动变阻器的阻值，与变阻器规格比较得出结论；
（5）灯在额定电压下的功率为额定功率，由P_L=U_LI_L计算灯的额定功率；灯丝的电阻随温度的升高而增大；
（6）灯泡的亮度由灯泡的电功率决定，功率越大，灯泡越亮．

解答 解：（1）因灯的额定电压不2.5V，所以电压表选用小量程，将电压表与灯泡并联；因要求滑片左移灯泡变亮，即左移时电流变大，滑动变阻器的电阻变小，则滑动变阻器的下面应连接左边的接线柱，如下图所示：

（2）为保护电路，闭合开关前，应将滑动变阻器滑片移至最右端，使其接入电路的阻值最大；
（3）由图乙知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.36A；由表中数据，第一次灯泡两端的电压为2.0V，低于额定电压，要使灯泡正常发光，应增大灯的电压，减小变阻器的电压，由串联分压原理可知，应减小滑动变阻器连入电路中的阻值，即将滑片向左端滑动，直到电压表示数为2.5V；
小红继续移动滑片发现灯泡发出耀眼的光后便熄灭，说明此时滑动变阻器连入电路中的电阻很小，电路中的电流很大，灯的实际功率超过灯的额定功率而烧坏，电压表串联在电路中，因电压表内阻很大，所以电流表示数几乎为0，电压表两接线柱与电源连通，电压表示数接近电源电压，电压表的指针超过满刻度，所以，电路中出现的故障可能是灯泡断路；
（4）根据串联电路电压的规律和分压原理可知，当灯泡两端的电压最小时，变阻器的电压最大，滑动变阻器的阻值最大，此时滑动变阻器两端的电压U_滑=6V-2V=4V；
则R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{4V}{0.36A}$=11.1Ω＞5Ω；由于甲的最大阻值太小，所以应选择乙滑动变阻器；
（5）由表中数据可知，U_L=2.5V时，I_L=0.4A，所以额定功率P_L=U_LI_L=2.5V×0.4A=1W；
由表中数据可知，通过灯的电流随电压的增大而增大，根据P=UI灯的实际功率也增大，灯丝的温度升高，由于灯丝的电阻受温度的影响，随温度的升高而增大，所以三次计算的灯丝电阻不一样；
（6）由表2中数据可知，灯泡两端的电压越大、通过的电流越大，实际功率越大，灯泡越亮，所以灯泡的亮度是由灯泡的实际功率决定的．
故答案为：（1）见上图；
（2）最右边；
（3）0.36；左；灯泡断路；
（4）乙；
（5）1W；灯丝电阻受温度影响（随温度的升高而增大）；
（6）实际功率．

点评 本题是测量灯泡的功率，考查了电路的连接、实验注意事项、器材的选择、影响电阻大小的因素、灯的亮度的决定因素等知识，综合性较强．