Question

2．初三某班同学到实验室做“测量小灯泡功率”的分组实验，被测小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω．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，滑动变阻器三只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．同学们设计的电路如图甲所示：

（1）根据图甲电路图，将乙图未连接完的实物元件连接完整（要求：滑片向右移动时，电流增大，连线不能交叉 ）．
（2）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图丙所示，则接下来的操作是向右移动滑片，减小滑动变阻器连入的电阻；
（3）为了测量灯泡的额定功率，最合适的滑动变阻器应选用R₂（选填R₁、R₂、R₃）．
（4）闭合开关，调节滑片：如果灯不亮，电流表无示数，电压表的指针超过满刻度，则出现这现象的原因可能是灯开路；如果电流表有示数，电压表无示数，灯不亮，则出现这现象的原因可能是灯短路；如果电流表和电压表都有示数，但灯不亮，则出现这现象的原因可能是滑动变阻器将下面两个接线柱接入电路；
（5）经检查无误后，闭合开关，调节滑动变阻器的滑片到某一位置，电流表和电压表的示数如图丁所示，则此时通过小灯泡的电流是0.22A，灯泡两端的电压是1.8V，此时小灯泡的电阻是8.18Ω（电阻计算的结果保留二位小数），灯泡的实际功率是0.396W．
（6）改变滑动变阻器的阻值，多次测量通过小灯泡的电流和它两端的电压，根据记录的数据，同学们画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象（如图戊），根据图象提供的信息，算出小灯泡的额定功率为0.625W，其通过的电流随其两端电压变化的关系图象为非直线关系的原因灯丝的电压增大，温度升高，电阻增大．

Answer 1

分析 （1）根据要求确定下面的接线柱；求出灯正常工作电流确定电流表的量程，进而完成实物连接图；
（2）闭合开关前，滑片处于阻值最大处，闭合开关后电路中的电流较小，此时移动滑片使连入的电阻变小；
（3）选择滑动变阻器的规格，要从电路需要滑动变阻器的最大电阻和电路通过的最大电流考虑：滑动变阻器的最大阻值要稍大于电路需要滑动变阻器的最大阻值；滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路最大电流．
（4）灯短路，电流表有示数、电压表无示数；灯开路，电流表无示数、电压表有示数；滑动变阻器的下面两个接线柱连入电路，电路中电阻过大，但电流表有示数、电压表有示数；
（5）知道使用的量程，确定每一个大格和每一个小格代表的示数，根据指针位置读数，利用欧姆定律求灯丝电阻，利用P=UI求灯的实际功率；
（6）在图象上找到灯泡2.5V下的电流，根据P=UI计算额定功率．灯丝的电阻受温度影响很大，随温度的升高而增大．

解答 解：
（1）要求滑片向右移动时，电流增大，连入的电阻变小，应接下面的右接线柱；灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω，正常工作电流I=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，电流表选择小量程0-0.6A，如图所示：

（2）闭合开关前，滑片处于阻值最大处，下面接右边接线柱；由丙图可知电路中的电流较小，此时应向右移动滑片，使连入的电阻变小；
（3）灯泡正常工作时电流为I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A．
测定灯泡功率的实验中，灯泡与滑动变阻器串联，根据串联电路电压特点得，灯泡正常工作时，
滑动变阻器电压为：U'=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑动变阻器电阻为：R'=$\frac{U′}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
滑动变阻器最大电阻稍大于电路需要的滑动变阻器电阻，“5Ω  0.5A”电阻太小，“500Ω  1A”电阻太大，“50Ω  0.5A”的滑动变阻器电阻和电流都合适．
（4）灯不亮，电流表有示数、电压表无示数（测导线两端的电压），可能故障灯短路；灯不亮，电流表无示数，灯开路，但电压表接在电源上，电压表有示数；滑动变阻器的下面两个接线柱连入电路，电路中电阻过大，但电流表有示数、电压表有示数；
（5）由图知，电流表使用的是小量程0-0.6A，分度值为0.02A，读数为0.22A；电压表选小量程，分度值是0.1V，示数为1.8V；灯丝电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.8V}{0.22A}$≈8.18Ω；实际功率P=UI=1.8V×0.22A=0.396W；
（6）由图戊可知，当灯两端电压为2.5V，通过的电流为0.25A，P_额=U_额I_额=2.5V×0.25A=0.625W．
由于灯丝的电压增大，温度升高，电阻增大，所以通过的电流随其两端电压变化的关系图象为非直线关系．
故答案为：（1）如图所示；（2）向右移动滑片，减小滑动变阻器连入的电阻；（3）R₂；（4）灯开路；灯短路；滑动变阻器将下面两个接线柱接入电路；（5）8.18；0.396；（6）0.625；灯丝的电压增大，温度升高，电阻增大．

点评 本题考查了电流表量程的选择、滑动变阻器规格的选择、电路故障分析、电功率的计算；滑动变阻器要考虑滑动变阻器的电阻和电流，滑动变阻器的电阻在电路是否够用，但又不能太大；滑动变阻器允许通过的电流大于电路最大电流．