题目内容

2.在测量小灯泡的电功率的实验中,小灯泡的额定电流为0.3A,灯丝阻值在10Ω-15Ω之间.所提供的器材有:电流表、电压表、电源(电压恒为6V)、开关各一个,滑动变阻器(50Ω  1A)一个,导线若干.

(1)如图甲所示是小明没有连接完的实物电路,请用笔画线代替导线将实物图补充完整.
(2)闭合开关前,图甲图中的滑片P应位于右(选填“左”或“右”)端;闭合开关无论怎样移动变阻器滑片P,发现小灯泡始终不亮,电压表有示数,电流表无示数,原因可能是小灯泡断路(写出一种即可).
(3)排除故障,闭合开关,移动滑片,当电流表的示数为0.3A时,电压表的示数如图乙所示,读数为4V,小灯泡的额定功率为1.2W.
(4)小红没用电压表,但多用了一个开关,其它器材与小明的相同,也测出了另一个额定电流为Ie的小灯泡额定功率.她设计了如图丙所示电路图,请你帮她完成实验步骤并写出额定功率的表达式. 
实验步骤:
①按图连接电路,然后只闭合开关S1,移动滑片P,使电流表的示数为Ie.
②再闭合开关S2,保持滑片不动,读出电流表示数I.
③小灯泡的额定功率的表达式:P额=(U-$\frac{{I}_{e}U}{I}$)Ie.(用字母表示,可能用到的物理量有:已知的电源电压U、灯泡的额定电流Ie、滑动变阻器的最大阻值R0和实验中测得的物理量)
(5)小亮利用该电路探究电流跟电阻的关系,他将小灯泡换成多个定值电阻R,保持电压表示数始终为2V,多次更换阻值不同的定值电阻R,并记录各次电流表的示数,若不更换其他器材,为了能够完成实验,更换的电阻阻值不能够大于25Ω.

分析 (1)由电路图可知,电压表连线不完整,根据题意确定电压表量程,电压表应与灯泡并联.
(2)闭合开关前,滑片应滑到最大值处;电流表无示数,说明电路可能断路,电压表有示数,说明电压表与电源连通了,由此判断电路故障.
(3)由图乙根据电压表量程读出灯泡正常发光时的电压,由P=UI计算额定功率.
(4)灯泡与滑动变阻器串联,用电流表测流过电路的电流,由串联电路特点及欧姆定律求出流过灯泡电流为灯泡额定电流时,灯泡两端电压,然后由P=UI求出灯泡额定功率.
(5)根据串联电路特点与欧姆定律分析答题.

解答 解:
(1)灯泡额定电流为0.3A,灯丝阻值在10Ω~15Ω之间,则灯泡额定电压U=IR在3V~4.5V间,电压表应选0~15V量程,电压表与灯泡并联,电路图如图所示:
;
(2)为了电路安全,开关闭合前滑片应滑到最大值右端;
闭合开关,电流表无示数,说明电路是断路,小灯泡不发光,电压表有示数,说明与电压表并联的这部分电路断路了,即小灯泡断路;
(3)电压表量程是0~15V,由图乙可知,电压表分度值是0.5V,电压表示数是4V,此时灯泡正常发光,所以灯泡额定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W;
(4)实验步骤:
①按图连接电路,然后只闭合开关S1,移动滑片P,使灯泡正常发光,电流表的示数为Ie.
②再闭合开关S2,读出电流表示数I,此时灯泡短路,所以变阻器电压等于电源电压6V,根据欧姆定律计算此时变阻器连入的阻值R滑=$\frac{U}{I}$,
由此可知当只闭合开关S1时,灯泡两端电压UL=U-U滑=U-Ie×$\frac{U}{I}$
③小灯泡的额定功率的表达式:P额=UL×Ie=(U-$\frac{{I}_{e}U}{I}$)Ie.
(5)电源电压为6V,电阻两端电压为2V,滑动变阻器分压为4V,是定值电阻两端电压的两倍,根据分压原理可知,滑动变阻器接入电路的阻值为定值电阻阻值的两倍,滑动变阻器最大阻值为50欧姆,因此定值电阻最大阻值为25欧姆.
故答案为:(1)见上图;(2)右;小灯泡断路;(3)4;1.2;(4)②保持滑片不动,读出电流表示数I;③(U-$\frac{{I}_{e}U}{I}$)Ie;(5)25.

点评 本题考查了连接电路图、电路故障的判断、电压表读数、求灯泡功率、实验设计,串联电路特点和欧姆定律的应用等,考查知识点多,综合性强,第(4)问设计实验电路、实验步骤难度较大,是本题的难点.

练习册系列答案
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10.小明利用如图甲所示电路测定灯泡的功率,被测小灯泡的额定电压为2.5V,电阻约为10Ω左右.实验室有如下器材,电源(电压为6V)、电流表(0~0.6A、0~3A)、电压表(0.3V、0~15V)、开关各一个、导线若干、滑动变阻器两只:R1(20Ω 0.5A)、R2(50Ω  0.5A)

(1)在小明所连接的电路中(甲图),有两根导线还没有连接好,请你帮他完成电路的连接(要求,滑动阻滑片向右移动,灯泡变亮:其他的导线不要变动,导线不能交叉).
(2)正确连接电路团合开关后,发现无论怎样移动滑动变阻器滑片,灯泡都不亮,电压表示数接近6V,电流表示数几乎为0,电路故障原因可能是灯泡断路.
(3)在排出故障后,闭合开头,移动滑动变阻器,多次测量,小明绘出了电压与电流的变化的关系图乙,则小灯泡的额定功率是0.625W.
(4)小明又取了一个规格完全相同的旧灯泡来实验,发现在额定电压下工作,亮度偏暗,小明仔细察,发这只灯泡的玻内璧变黑;灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光是发生了升华(填物态变化名)而变细,消耗的实际功率变小的缘故(填大或小).
(5)灯泡的功率测量完后,小明用5Ω,10Ω、15Ω,20Ω,25Ω的定电阻,更换电路中的灯泡,探究电流与电阻的关系.得到如丙所示的电流与电阻的关系图,小明应用滑动器为R2(选R1或R2)若某次实验中滑动变阻接入14Ω,那么所选用的定值电阻的值为10Ω.

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