Question

5．在“測(cè)量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電壓為2.5V，滑動(dòng)變阻器 上標(biāo)有“10Ω  1A”的字樣．

（1）圖甲是曉岑同學(xué)沒(méi)有連接完的電路，請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將電路連接完整．
（2）連接電路后，曉岑閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)但小燈泡不亮，電壓表讀數(shù)為零，故障的原因可能是燈泡短路（或電壓表短路）．（寫出一種）
（3）故障排除后，曉岑再次閉合開關(guān)測(cè)量小燈泡的額定功率，但是發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為1V，此時(shí)應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向左（選填“左”或“右”）滑動(dòng)，直到電壓表的示數(shù)為2.5V時(shí)為止，此時(shí)電流表讀數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率為0.75W．
（4）曉岑根據(jù)測(cè)得的幾組數(shù)據(jù)做出了圖丙所示的U-I圖象，發(fā)現(xiàn)電流與電壓不成（選填“成”或“不成”）正比，原因是燈絲電阻隨溫度而變化．
從圖象中還可以發(fā)現(xiàn)，燈泡的實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而，增大．
（5）為了考察同學(xué)們的能力，老師拿來(lái)了一個(gè)已知額定電流為0.2A，但額定電壓未知的小燈泡，一個(gè)已知阻值為R的電阻和兩個(gè)開關(guān)S₁、S₂，利用上面的部分器材為同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了如圖所示的電路，來(lái)測(cè)量小燈泡的額定功率，請(qǐng)你將下列實(shí)驗(yàn)步步補(bǔ)充完整；
①閉合S、S₁，斷開S₂（填開關(guān)S、S₁、S₂的通斷情況），調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為0.2R．
②閉合開關(guān)S、S₂，斷開S₁，B（選填“A”或“B”．A：適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片；B：保持滑動(dòng)變阻器的滑片不動(dòng)）；讀出電壓表的示數(shù)為U．
③燈泡額定功率的表達(dá)式為：P=0.2A×（U-0.2R）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程且與燈泡并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中；
（2）電流表有示數(shù)說(shuō)明電路通路，電壓表讀數(shù)為0說(shuō)明電壓表測(cè)量導(dǎo)線的電壓即燈泡短路或電壓表短路；
（3）額定電壓下燈泡的實(shí)際功率和額定功率相等，燈泡兩端電壓由1V增大到2.5V時(shí)，電路中的電流要增大，需要減小電路電阻即減小滑動(dòng)變阻器的電阻；根據(jù)電流表的量程和分度值讀出電流表的示數(shù)，然后根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；
（4）由圖象可知，通過(guò)燈泡的電流與兩端的電壓不成正比，原因是燈泡的電阻隨溫度的變化而發(fā)生改變，由圖象可知通過(guò)燈泡的電流隨兩端電壓的變化，根據(jù)P=UI可知實(shí)際功率的變化．
（5）在缺少電流表情況下，電壓表和定值電阻就相當(dāng)于電流表，通過(guò)開關(guān)的轉(zhuǎn)換，使電壓表測(cè)出不同的電壓值，最終測(cè)算出燈泡額定電流對(duì)應(yīng)的額定電壓，根據(jù)P=UI求解．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V，且與燈泡并聯(lián)；
滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，如下圖所示：

（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表有示數(shù)但小燈泡不亮，電壓表讀數(shù)為零，故障的原因可能是燈泡短路或電壓表短路；
（3）要測(cè)燈泡的額定功率，應(yīng)使燈泡兩端的電壓為2.5V，即電壓表的示數(shù)為2.5V，
使電壓表的示數(shù)由1V增大到2.5V時(shí)，應(yīng)增大電路中的電流，減小電路中的總電阻，即滑動(dòng)變阻器電阻減小，滑片向左端移動(dòng)；電流表選擇0～0.6A量程，分度值為0.2A，所以電流表的示數(shù)為0.3A，
燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）由圖象可知，通過(guò)燈泡的電流與兩端的電壓不成正比，原因是燈絲電阻隨溫度而變化；
由圖象可知，燈泡兩端的電壓增大時(shí)，通過(guò)的電流也增大，根據(jù)P=UI可知燈泡的實(shí)際功率隨實(shí)際電壓的增大而增大．
（5）當(dāng)通過(guò)燈的電流為0.2A時(shí)，燈正常發(fā)光，所以，首先通過(guò)移動(dòng)滑片，使定值電阻R兩端的電壓為0.2×R，故應(yīng)閉合開關(guān)S、S₁斷開S₂，保持滑片的位置不動(dòng)，閉合開關(guān)S、S₂，斷開S₁，此時(shí)電路的連接關(guān)系沒(méi)有改變，各元件兩端的電壓也沒(méi)有發(fā)生改變，只是電壓表由原來(lái)測(cè)定值電阻R的電壓改為測(cè)量燈和定值兩端的總電壓，燈仍正常工作，所以此時(shí)電壓表示數(shù)U減去0.2R即為燈正常工作時(shí)的電壓，所以本題的操作步驟為：
①閉合開關(guān)S、S₁斷開S₂，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片使電壓表的示數(shù)為0.2R；
②閉合開關(guān)S、S₂，斷開S₁，保持滑動(dòng)變阻器的滑片不動(dòng)，讀出電壓表的示數(shù)為U；
③燈泡額定功率的表達(dá)式為：P=0.2A×（U-0.2R）．
故答案為：（1）電路圖如上圖所示；
（2）燈泡短路（或電壓表短路）；
（3）左；0.3；1.14；
（4）不成；燈絲電阻隨溫度而變化；
（5）①閉合開關(guān)S、S₁；0.2R；
②保持滑動(dòng)變阻器的滑片不動(dòng)；
③0.2A×（U-0.2R）．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)量小燈泡電功率，考查電路的連接、電路的故障分析、操作過(guò)程電功率的計(jì)算、影響電阻大小的因素，在缺少電流表情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力等知識(shí)，綜合性強(qiáng)，有一定難度．