Question

13．某实验小组的同学用伏安法测量小灯泡电功率，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（“5Ω 2A”、“20Ω 1A”）两个，导线若干．

（1）图1甲所示小明没有连接完的实物电路，请你用笔两线代替导线将实物图补充完整．
（2）小明选用的滑动变阻器的规格为20Ω 1A．
（3）小明正确连接好电路后，闭合开关发现小灯泡不亮，但电流表、电压表均有示数，接下来他首先进行的操作是C．（选填字母序号）
A．检查电路是否断路          B．更换小灯泡
C．移动滑动变阻器的滑片，观察小灯泡的亮度是否发光
（4）为了测试小灯泡的额定功率，移动滑片，当电流表的示数为0.3A时，电压表的示数如图1乙所示，小灯泡的额定功率为1.2W．
（5）实验中，同学们记录了多组小灯泡两端的电压及对应通过小灯泡的电流值如下表所示，本实验中多次实验的目的是寻找普遍规律．

电压U/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0		4.5
电流I/A	0.18	0.2	0.22	0.25	0.28	0.3	0.32
电功率P/W	0.18	0.3	0.44	0.625	0.84		1.28
灯泡发光情况	很暗→暗→正常发光→很亮

（6）从上述表格可知，小灯泡电功率不同时，电阻是变化的（选填“变化”或“不变化”），其原因是小灯泡电功率不同时，灯丝的温度不同．
（7）小亮没用电压表，但多用了一个开关，其它器材与小明的相同，也测出了小灯泡的功率．她设计电路如图2，实验步骤是：
①只闭合S₁，移动滑片P，使电流表示数为I₁=0.24A；
②滑片P位置不变，再闭合S2，读取电流表示数为I₂=0.38A；
③只闭合S₁时，小灯泡的功率P=0.53W．（小数点后保留两位）

Answer 1

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）求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，根据该阻值选择滑动变阻器的规格．
（3）闭合开关后，发现小灯泡不亮，但电流表有示数，说明电路是通路，不用更换灯泡，也不用检查电路是否断路，可能是连入电阻太大，电路中电流太小所致，分析电阻过大的原因，然后进行下一步操作．
（4）由图甲和乙确定电压表量程与分度值，读出电压表示数，然后由电功率公式P=UI求出灯泡的功率．
（5）多次实验的目：一是求平均值来减小误差；二是寻找普遍规律．
（6）灯丝的电阻随温度的升高而增大．
（7）只闭合S₁时，电路为滑动变阻器和灯泡的串联电路，电流表测电路中的电流；当S₁、S₂都闭合时，电路为滑动变阻器的基本电路，电流表测量电路电流；先根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值，然后S₁、S₂都闭合时灯泡两端电压，再根据串联电路的特点求出灯泡两端电压，最后根据P=UI求出灯泡功率．

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）电路电流为灯泡额定电流0.3A时，由U=IR可知，灯泡两端电压约为3V～4.5V，此时，滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_灯，滑动变阻器两端电压约为1.5V～3V，由R=$\frac{U}{I}$可知，此时滑动变阻器接入电路的阻值约为5Ω～10Ω，则滑动变阻器应选择“20Ω  1A”；
（3）闭合开关后，电流表有示数，说明电路是通路，电路没有发生断路；电压表有示数，说明灯泡正常，可能是电路中的电阻太大，电路中电流太小所致，下一步操作：移动滑动变阻器滑片，观察小灯泡是否发光，即应进行C项操作．
（4）根据图甲和乙可知，电压表量程是0～15V，分度值是0.5V，电压表示数是4V，灯泡额定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（5）伏安法测量小灯泡电功率实验中，多次测量的目的是为了寻找普遍规律；
（6）因为小灯泡电功率不同时，灯丝的温度不同，因此灯丝的电阻是变化的；
（7 ）①滑动变阻器接入电路的阻值：R_滑=$\frac{U}{{I}_{1}}$=$\frac{6V}{0.38A}$=$\frac{300}{19}$Ω；
②滑动变阻器两端的电压：U_滑=I₂R_滑=0.24A×$\frac{300}{19}$Ω≈3.79V；
③灯泡两端电压：U_灯=U-U_滑=6V-3.79V=2.21V；
④灯泡的功率：P=U_灯I₂=2.21V×0.24A≈0.53W．
故答案为：（2）20Ω  1A；（3）C；（4）1.2；（5）寻找普遍规律；（6）变化；小灯泡电功率不同时，灯丝的温度不同；（7）0.53．

点评 本题考查了实物图的连接、实验器材的选择、电压表读数、求灯泡功率、多次测量的目的以及灯丝电阻与温度的关系、欧姆定律以及功率计算公式的应用等问题，本题难度较大．