题目内容
3.在“测定小灯泡的电功率”的实验中,选用如图甲所示的器材,其中电源电压为6V,小灯泡的额定电压为2.5V(灯丝电阻约为10Ω).(1)用笔画线代替导线,将图甲所示的实物电路连接完整.
(2)为了能够顺利完成实验探究,下列两种规格的滑动变阻器应选用B
A.“10Ω 0.5A”的滑动变阻器 B.“50Ω 0.5A”的滑动变阻器
(3)闭合开关前,应将图甲中所示的滑动变阻器的滑片滑到A(选填“A”或“B”)端.
(4)闭合开关,移动滑片,电压表的示数如图乙所示,其读数是2.2 V;为了测量小灯泡的额定功率,应将滑动变阻器的滑片向B(选填“A”或“B”)端移动.
(5)根据实验测得的数据,绘制出小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图象(如图丙所示).分析图象可知:
①小灯泡的额定功率为0.625 W.
②小灯泡灯丝电阻是变化的,主要是受温度 变化的影响.
③实验中观察到:当小灯泡两端的电压低于0.5V时,小灯泡不发光,根据图象分析其原因是实际电功率太小.
(6)完成上述实验后,小华在缺少电压表的情况下,根据绘制出的小灯泡电流与电压关系图象,设计出了一个测未知定值电阻的电路,如图丁所示.请根据电路图将实验步骤补充完整:
①闭合S1,断开S2,移动滑片P,使电流表的示数为0.25A
②断开S1,闭合S2,读出电流表的示数I
表达式:Rx=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$.
分析 (1)根据灯泡正常发光电流选择电流表量程,串联接入电路中;
(2)由串联电路特点和欧姆定律计算灯泡正常发光时变阻器连入的阻值,从而确定变阻器的规格;
(3)闭合开关前,滑片应该打到最大阻值处;
(4)电压表测灯泡电压,读出电压表示数,根据串联电路特点和欧姆定律判断滑动变阻器的滑片移动方向;
(5)当灯泡电压达到额定电压时灯泡正常发光,由图象读出灯泡电压2.5V时的电流,根据P=UI计算额定功率;灯丝电阻受温度影响.同时灯泡亮度由实际功率决定.
(6)闭合S2,断开S1,R1与灯并联,移动滑片使灯正常发光;保持滑动变阻器P的位置不动,闭合S1,断开S2,使电流表测干路中的电流,则可知此时灯正常发光的电流,灯的电阻可求.
解答 解:(1)通过灯泡的电流是:I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A,故电流表应使用0-0.6A量程,串联接入电路中,如图所示:
;
(2)测量小灯泡的电功率实验中,L与滑动变阻器串联,电压表测L两端电压,电流表测电路中电流,
由(1)知灯泡正常发光时电路中电流约为:I=0.25A,由串联电路特点可知:
I=IR=IL=0.25A,
此时变阻器连入阻值:R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω,
所以应选择滑动变阻器的规格为50Ω 0.5A;
(3)闭合开关前,滑片应该打到最大阻值处,故应将图甲中所示的滑动变阻器的滑片滑到A端;
(4)电压表测量灯泡的电压,电压表量程0-3V,分度值0.1V,由图知电压表示数为2.2V,即灯泡两端的电压为2.2V,要使灯泡两端电压由2.2V增大到2.5V,电路电流要增大,总电阻减小,滑动变阻器连入电路的部分减小,滑片向B端移动;
(5)①当电压表示数为2.5V时,灯泡正常发光,由丙图象此时灯泡的电流为0.25A,
所以灯泡的额定功率:P=UI=2.5V×0.25A=0.625W;
②由图象可知,灯泡的电流与电压不成正比,即灯泡电阻是变化的,原因是灯丝电阻受温度的影响.
③根据灯泡的亮度由实际功率决定,当灯泡两端电压小于0.5V时,灯泡实际功率非常小,不能看到灯泡发光;
(6)①开关S1闭合,S2断开,调节滑动变阻器的滑片至电流表的示数为0.25A;
②开关S1断开,S2闭合,保持滑动变阻器滑片不动,读出电流表示数I;
根据图象丙,当通过灯泡电流为0.25A时,灯泡两端电压U=2.5V,由并联电压规律Ux=U灯=2.5V,当开关S1断开,S2闭合时,电流表测总电流,由并联电流规律Ix=I-0.25A,
Rx=$\frac{{U}_{X}}{{I}_{X}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$.
故答案为:(1)如上图所示;(2)B;(3)A;(4)2.2 B;(5)①0.625; ②温度;③实际电功率太小;(6)②断开S1,闭合S2,读出电流表的示数I;$\frac{2.5V}{I-0.25A}$.
点评 本题则量小灯泡的电功率,考查电路的连接、器材的选用及从图象获取有效信息的能力和设计实验方案的能力,综合性强,难度较大.
| A. | 用刀切苹果 | B. | 用很细的钢丝切肥皂 | ||
| C. | 注射器针头做得很尖 | D. | 书包带做的很宽 |
| 次数 | 电压表示数U/V | 电流表示数I/A | 灯泡亮度 |
| 1 | 1.50 | 0.32 | 发光微弱 |
| 2 | 2.00 | 0.38 | 较暗 |
| 3 | 2.50 | 正常发光 | |
| 4 | 3.00 | 0.46 | 很亮 |
(2)连接电路时,开关应该断开.
(3)闭合开关,移动变阻器的滑片P的过程中,观察到电流表示数几乎接近最大值时,小灯泡仍然不亮,且电压表无示数,其原因可能是灯泡短路.
(4)经检查电路连接正确后,小明连续进行了4次测量,并把测量的数据和观察到的现象填写在表格里,其中第3次测量时电流表的示数如图乙所示,此时的电流为0.42A,小灯泡的额定功率为1.05W.
(5)从表格中的数据可知,灯丝的电阻随两端电压的增加而增大(“增大”或“减小”),灯丝电阻发生变化的本质是电阻随温度升高而增大.