Question

7．某同學(xué)到實驗室做“測定小燈泡額定功率”的實驗．被測小燈泡的額定電壓為2.0V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源電壓為4.5、電流表（0-0.6A）、電壓表（0-3V）、開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，滑動變阻器：R（30Ω 1A）．同學(xué)們設(shè)計的電路如圖：

（1）本實驗的實驗原理是P=UI．
（2）如圖是實驗的電路，但連接不完整，請你幫她完成電路的連接，要求：滑動變阻器的滑片P向左移動時，小燈泡變亮．
（3）若連接電路后，閉合開關(guān)S，電流表的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)迅速偏轉(zhuǎn)，則故障的原因是燈斷路．
（4）小明的實驗記錄如圖：
小明數(shù)據(jù)的處理過程錯誤是將不同電壓下的功率的平均值作為額定功率，正確的測量結(jié)果是P_額=0.4W．
（5）小明繼續(xù)分析表中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)小燈泡的電壓與電流的比值不定，原因是燈的電阻隨溫度的變化而變化，因此，為了探究電流與電阻的關(guān)系，小明找來了R₁（5Ω）、R₂（10Ω）、R₃（15Ω）、R₄（20Ω）替換該實驗中的燈泡，若用上述所有器材，本實驗中控制不變的電壓U的最小值為1.8V．

實驗次數(shù)	電壓U/V	電流I/A	功率/W	額定功率/W
1	1.5	0.14	0.21	P額=$\frac{0.2+0.4+0.6}{2}$=0.40
2	2	0.20	0.40
3	2.5	0.24	0.60

Answer 1

分析 （1）實驗原理是P=UI；
（2）由燈泡的額定電壓為確定電壓表選用的量程，根據(jù)滑動變阻器的滑片P向左移動時，小燈泡變亮確定變阻器的連接；
（3）閉合開關(guān)S，電流表的示數(shù)為零，說明電路斷路，電壓表的示數(shù)迅速偏轉(zhuǎn)說明電源與電壓表連通，則與電壓表并聯(lián)的燈之外的電路是連通的，說明與電壓表并聯(lián)的燈斷路了；
（4）燈在額定電壓下的功率為額定功率，不同電壓下的功率不同，據(jù)此分析回答；
（5）由分壓原理，當(dāng)變阻器連入電路中電阻最大時，變阻器分得的電壓最大，則電壓表示數(shù)最小，
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理分析，當(dāng)變阻器連入電路中的電阻應(yīng)最大時對應(yīng)的定值電阻的大小，從而求出控制不變的電壓U的最小值．

解答 解：（1）本實驗的實驗原理是P=UI；．
（2）小燈泡的額定電壓為2.0V，電壓表選用小量程，滑動變阻器的滑片P向左移動時，小燈泡變亮，即電流變大，電阻變小，即滑片左邊電阻絲連入電路，如下所示：

（3）若連接電路后，閉合開關(guān)S，電流表的示數(shù)為零，說明電路斷路，電壓表的示數(shù)迅速偏轉(zhuǎn)，說明電壓表與電源連通，則故障的原因是燈斷路了；
（4）燈在額定電壓下的功率為額定功率，不同電壓下的功率不同，
小明數(shù)據(jù)的處理過程錯誤是：將不同電壓下的功率的平均值作為額定功率，正確的測量結(jié)果是P_額=U_額I_額=2V×0.2A=0.4W；
（5）因燈的電阻隨溫度的變化而變化，由歐姆定律，R=$\frac{U}{I}$，故表中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)小燈泡的電壓與電流的比值不定；
（6）由分壓原理，當(dāng)變阻器連入電路中電阻最大時，變阻器分得的電壓最大，則電壓表示數(shù)最小，
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓U_滑=4.5V-U，根據(jù)分壓原理：
$\frac{4.5V-U}{U}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，即$\frac{4.5V}{U}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{R}$-----①，因U為定值，故①式左邊為一定值，右邊也為一定值，當(dāng)變阻器連入電路中的電阻應(yīng)最大，即為30Ω，對應(yīng)的定值電阻為20Ω，代入①得：
U=1.8V，即為本實驗中控制不變的電壓U的最小值．
故答案為：（1）P=UI；（2）如上所示；（3）燈斷路；（4）將不同電壓下的功率的平均值作為額定功率；0.4W；（5）燈的電阻隨溫度的變化而變化；1.8．

點評 本題測定小燈泡額定功率，考查實驗原理、電路的連接、故障的分析、數(shù)據(jù)的處理及影響電阻大小的因素，同時也考查了探究電流與電阻的關(guān)系實驗中對實驗的電壓表的控制要求，難度較大．