Question

20．如图甲是小明和同学做“测定小灯泡额定电功率”实验的电路，电源电压为6V，已知小灯泡正常工作时的电压为2.5V，正常发光时灯丝的电阻约为10Ω．

（1）请你用笔画线代替导线把未连接完的实物电路连接成正确的完整电路（要求：导线不交叉且滑动变阻器滑片向右移动灯泡变亮）．
（2）若实验室有三种规格的滑动变阻器，分别是甲“10Ω 1A”、乙“20Ω 0.5A”、丙“50Ω 0.2A”，则小明应选用乙（选填“甲”、“乙”或“丙”）．（3）若闭合开关，灯炮不亮，经检查灯丝断了，则电流表指针偏转情况是无偏转；电压表指针偏转情况是超满偏，电压表烧坏．
（4）更换相同规格灯泡后，当滑动变阻器的滑片在某一位置时，电压表的示数如图乙所示，为了使灯泡正常发光，应将滑片向右（选填“左”或“右”）移动；小明进一步测量并描绘出小灯泡的电流随电压变化的曲线如图丙所示，通过图象可知小灯泡正常发光时的电功率为0.75W．
（5）另一位同学在连接好电路后，闭合开关，在移动滑动变阻器滑片P的过程中发现：灯泡变亮时电压表示数变小；灯泡变暗时，电压表示数变大．经检查所用器材完好，出现这种现象的原因可能是电压表与滑动变阻器并联了．（6）他们继续用上图所示装置来探究“电流与电压的关系”．其操作步骤是分别把5Ω、10Ω、15Ω的电阻接入原小灯泡的位置，立即闭合开关记录读数如表所示．由表中的实验数据发现，通过导体的电流跟它的电阻不成反比，其原因可能是遗漏了重要的操作步骤，此步骤是：调节滑动变阻器的滑片，使定值电阻两端电压不变．

次数	电阻R/Ω	电流I/A
1	5	0.24
2	10	0.20
3	15	0.16

Answer 1

分析 （1）本实验中，电流表、灯泡、滑动变阻器应串联，电压表并联在灯的两端，滑片向右移动灯泡变亮，由此确定变阻器的接线柱；
（2）计算出灯泡正常发光时电路中的电流，根据串联电路电压的规律和欧姆定律，求出滑动变阻器连入的电阻值，结合变阻器允许通过的最大电流确定变阻器的规格；
（3）若灯丝断了，电压表串联在电路中，根据欧姆定律和分压原理确定电流大小和电压表示数大小；
（4）根据图乙读出电压表的示数，比较电压表示与灯的额定电压的大小，根据串联电路电压的规律和分压原理确定滑片移动的方向；根据图丙确定电压为2.5V时的电流，由P=UI计算出电功率的值；
（5）根据串联电路电压的规律和及欧姆定律进行分析作答；
（6）探究电流跟电阻的关系时，应控制不同的电阻的电压不变；

解答 解：（1）测定小灯泡额定电功率实验中，电流表、灯泡、滑动变阻器应串联，电压表并联在灯的两端，滑片向右移动灯泡变亮，说明电路中电流变大，变阻器连入阻值减小，应将B接线柱接入电路，如图所示：

（2）由串联电路电压的特点，当灯泡正常发光时，变阻器两端的电压U_滑=6V-2.5V=3.5V；灯的额定电流大约为
I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＞0.2A，此时滑动变阻器连入电路的电阻应为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；综合考虑变阻器的最大 值及允许通过的最大电流，应选用乙“20Ω 0.5A”变阻器；
（3）若灯丝断了，则电压表串联在电路中，因电压表内阻很大，根据欧姆定律，则电路中几乎无电流；因电压表内阻选大于变阻器的电阻，根据分压原理，电压表两端的电压接近电源电压6V，超过电压表量程0-3V，烧坏电压表；
（4）由图乙所示，因电压表选用小量程，分度值为0.1V，灯泡两端的电压等于2.2V，低于额定电压，要使灯泡正常发光，应增大灯的电压而减小滑动变阻器分得的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，即将滑片向右端滑动；由图丙知，当U=2.5V时，电流I=0.3A，所以灯的额定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（5）灯泡变亮，说明电流变大，此时灯泡两端的电压变大，由串联电路电压规律，滑动变阻器两端的电压变小，因电压表的示数变小，说明电压表与滑动变阻器并联了；
（6）探究电流跟电阻关系时，要保持不同定值电阻的电压不变．实验时，分别把10Ω、15Ω电阻接入原灯泡位置，立即闭合开关，原灯泡位置接入的电阻越大，根据分压原理，分的电压越大，没有保持电阻两端的电压不变，所以得到电流跟电阻不成反比；实验时，应该把5Ω、10Ω、15Ω电阻接入原灯泡位置时，调节滑动变阻器滑片，使定值电阻两端电压相等．
故答案为：（1）见上图；
（2）乙；
（3）无偏转；超满偏，电压表烧坏；
（4）右；0.75；
（5）电压表与滑动变阻器并联了；
（6）调节滑动变阻器的滑片，使定值电阻两端的电压相等．

点评 本题测定小灯泡额定电功率，考查电路的连接、器材的选择、反常现象的判断、操作过程，额定功率的计算及控制变量法的运用等知识，综合性较强．