Question

6．小华和几个同学一起做“测量小灯泡的电功率”实验时，现有的器材：电压为6V的电源，待测小灯泡（标有“2.5V”字样，其灯丝电阻在正常工作时约为8Ω），滑动变阻器R1（50Ω，1.0A），滑动变阻器R2（20Ω，1.5A），电压表、电流表各一个．
（1）图甲是小华同学连接的实物电路图，同桌的小明检查后认为小华所连接的电路有错误，请在图上改动尽量少的导线（在错误的连线上打×，然后用笔画线代替导线画出正确的接法），使得电路连接正确．
（2）小华同学在设计的实验中，准备在小灯泡上分别加上不同的电压（1V～2.5V）做多次实验，这样设计的目的是测量不同电压下小灯泡的电功率，研究灯泡亮度与实际电功率、实际电压的关系．为达到多次实验的目的，电路中所选用的滑动变阻器应是R₁（选填：“R₁”或“R₂”）．
（3）实验过程中突然灯泡不亮，电流表没示数，电压表示数为6V，则故障可能是灯泡断路．
（4）正确改正电路连线后，闭合开关，移动滑片到某位置时，电表的示数如图乙所示，则此时小灯泡的功率为0.384W．为测得小灯泡的额定功率，此时应将滑动变阻器的滑片向右（选填“左”或“右”）端移动．
（5）继续移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的I-U图象．根据图象信息可知，小灯泡的额定功率0.75W．灯泡的电阻随着电压的升高而增大（填“增大”“减小”）

Answer 1

分析 （1）测量小灯泡的电功率，电压表测量小灯泡两端的电压，电流表测量电路中的电流，根据P=UI计算小灯泡的电功率，据此在实物图找出错误连接并修改．
（2）根据电压表的量程和分度值读出灯泡两端电压，然后与灯泡的额定电压比较可知灯泡实际功率与额定功率的关系，并确定滑片移动的方向．
（3）电压表有示数，说明与电压表两接线柱连接的电路是通路，电流表无示数，说明电路断路，据此分析故障的可能原因．
（4）由图示电表读出其示数，然后由P=UI 求出灯泡功率，然后根据电路图确定滑片的移动方向．
（5）由图示图象求出灯泡额定电压对应的电流，然后由P=UI求出灯泡额定功率；由图象分析灯泡电阻变化情况．

解答 解：（1）观察电路图甲可知，电压表所测的是灯泡与变阻器的总电压，但是此实验需要测的是灯泡的电压，应将电压表与小灯泡并联，改正方法如图所示；

（2）多次试验可以测量不同电压下通过小灯泡的电流，观察小灯泡的亮度变化，根据公式P=UI计算出的电功率，研究灯泡亮度与实际电功率、实际电压的关系；
小灯泡两端的最小电压为1V，电路中的电流约为I=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{1V}{8Ω}$=0.125A，
根据串联电路的电压特点可知，滑动变阻器两端的电压U₂=U-U₁=6V-1V=5V，
滑动变阻器接入电路中的电阻约为R=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{5V}{0.125A}$=40Ω，
因为40Ω远大于R₂的最大阻值20Ω，则应选择滑动变阻器R₁（50Ω 1.0A）；
（3）灯泡不亮，电流表无示数，说明某处发生了断路，电压表示数接近电源电压6V，说明与电压表并联的灯泡出现了断路；
（4）小灯泡的额定电压为2.5V，则电压表的量程应选择0～3V，分度值为0.1V，则图乙中电压表示数为1.6V，
由（2）中根据灯丝电阻在正常工作时的大约阻值计算出的灯丝两端的电流I=0.125A可知，电流表的量程应选择0～0.6A，分度值为0.02A，则图乙中电流表示数为0.24A，则此时小灯泡的功率P=UI=1.6V×0.24A=0.384W，
电压表示数为1.6V，小于灯泡的额定电压2.5V，因此此时灯泡的实际功率小于灯泡的额定功率，为了使灯泡正常发光，需使滑动变阻器接入电路中的电阻减小，故将滑片向右移动；
（5）根据图丙可知，当灯泡两端电压为2.5V时，通过灯泡的电流为0.3A，故灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
由图可知，图中电流随电压的增大而增大，且电压变化大于电流变化，由R=$\frac{U}{I}$，故可知小灯泡的电阻随电压的增大而增大；
故答案为：（1）见上图；（2）测量不同电压下小灯泡的电功率，研究灯泡亮度与实际电功率、实际电压的关系；R₁；（3）灯泡断路；（4）0.384；右；（5）0.75；增大．

点评 本题考查了实验原理、实验器材的选择、电表读数、求灯泡功率、分析灯泡电阻随电压的变化情况等问题，是常考问题，要掌握；对电表读数时要先确定其量程与分度值，然后再读数．