Question

20．在测量小灯泡电功率的实验中，实验室所提供的器材有：电源（电压恒为6V），额定电压Wie2.5V，电阻约为10Ω的小灯泡，电流表、电压表、开关各一个，导线若干，滑动变阻器规格有“10Ω、1A”“50Ω、1.5A”，）两个．

（1）图甲是小壮连接的部分实物图，请你用笔画线代替导线，将实物图连接完整，要求滑片向右滑灯变亮．
（2）检查电路连接无误后，将滑动变阻器的滑片置于A端（选填“A或B”），闭合开关后，小壮立即发现小灯泡发光过亮不能进行实验，为了完成实验，接下来他的操作是：断开开关，换接50Ω、1.5A滑动变阻器重新实验．
（3）小壮改正错误后，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，记下各组对应的电压表和电流表的示数，并绘制如图乙所示的I-U图象，根据图象可知小灯泡的额定功率是0.5W；图中曲线；反映灯丝的电阻是变化的，说明灯丝电阻随温度的升高而增大．
（4）实验中，某同学的小灯泡先由暗变亮，然后发出耀眼的光后被烧坏．为了避免灯丝烧断，请你提出在调节滑动变阻器的过程中应注意的事项：缓慢调节滑动变阻器的滑片，同时观察电压表的示数，使其不能超过小灯泡额定电压值的1.2倍．
（5）另一个同学小力想测额定电压为3.8V的小灯泡正常发光时的电阻，可是发现电流表坏了，老师又给他一个已知电阻R，他设计了如图丙所示的电路，测出了小灯泡正常发光时的电阻．请帮他将步骤补充完整：
①断开S₁、闭合S₂，移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为3.8V；
②断开S₂、闭合S₁，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数为U；
③则小灯泡正常发光时电阻R_L=$\frac{3.8VR}{{U}_{1}-3.8V}$．

Answer 1

分析 （1）电流表串联在电路中，电压表并联在小灯泡两端，滑动变阻器串联并且一上一下接线，连接电路；
（2）闭合开关前，将滑片置于阻值最大处，根据连接确定移动方向；闭合开关后，小灯泡发光过亮，是由于所使用滑动变阻器阻值太小；
（3）利用曲线图和额定电压，确定灯泡的电流，再利用P=UI求出电功率；分析曲线变化确定小灯泡的电阻变化；
（4）本实验中电压表测灯泡两端的电压，灯泡的与实际功率、实际电压的大小，为防止灯泡被烧坏，调节滑动变阻器可以观察电压表的示数来进行；
（5）根据I=$\frac{U}{R}$确定电流表的示数，再利用并联电路特点电压相等，根据R=$\frac{U}{I}$求出其电阻．

解答 解：（1）根据电流表串联在电路中，电压表并联在小灯泡两端，滑动变阻器串联并且一上一下接线，连接电路；如下图：

（2）闭合开关前，将滑片置于阻值最大处，根据连接确定滑片应该置于A端；闭合开关后，小灯泡发光过亮，是由于所使用滑动变阻器阻值太小；
接下来应该断开开关，换用“50Ω、1.5A”的滑动变阻器重新做实验；
（3）根据图象可知U=2.5V时，I=0.2A，则P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
图中从原点到M点再到N点的曲线；可以看出小灯泡两端电压增大，电流也随着增大，反映灯丝的电阻是变化的；
（4）为了避免灯丝烧断，可以调节滑动变阻器保证电压表的示数低于或等于额定电压来进行实验．
（5）如图丙所示的电路，测出了小灯泡正常发光时的电阻．请帮他将步骤补充完整：
①断开S₁、闭合S₂，移动滑动变阻器的滑片 使电压表示数为3.8V；
②断开S₂、闭合S₁，保持滑片的位置不动，读出电压表的示数为U；
③分析电路图丙可知，电阻R与灯并联，则根据实验要求电阻两端的电压等于小灯泡的额定电压即U=3.8V，因此电阻中的电流为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3.8V}{R}$，则小灯泡正常发光时电阻R_L=$\frac{3.8VR}{{U}_{1}-3.8V}$．
故答案为：（1）见上图；
（2）A；断开开关换接“50Ω、1.5A”滑动变阻器重新实验；
（3）0.5；灯丝电阻随温度的升高而增大；
（4）缓慢调节滑动变阻器的滑片，同时观察电压表的示数，使其不能超过小灯泡额定电压值的1.2倍；
（5）使电压表示数为3.8V；保持滑片的位置不动；$\frac{3.8VR}{{U}_{1}-3.8V}$．

点评 本题考查了连接电路的注意事项、连接实物图、曲线图的分析、电路故障的判断等，是中招常见的实验探究题类型．