Question

5．小明利用如圖甲所示電路測定小燈泡的功率．被測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A，0～3A）、電壓表（0～3V，0～15V）、開關(guān)各一個、導(dǎo)線若干、滑動變阻器三只：R₁（20Ω 0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．

（1）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，則接下來的操作是將電壓表指針調(diào)零．正確連接電路閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑動變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數(shù)接近6V，電流表示數(shù)幾乎為0，電路的故障可能是燈泡斷路．
（2）排除電路故障后，閉合開關(guān)，改變滑動變阻器的阻值，多次測量，小明畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖丙），則小燈泡的額定功率為0.625W．在多次測量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（3）小明又取了一個規(guī)格、型號完全相同的舊燈泡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在額定電壓下工作時，燈泡亮度明顯偏暗，小明仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)這只燈泡的玻璃內(nèi)壁變黑．燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時發(fā)生升華（選填物態(tài)變化名稱）而變細(xì)，消耗的實(shí)際功率變小的緣故（選填“大、小”）．
（4）燈泡的功率測量完畢，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究電流跟電阻的關(guān)系，得到如圖丁所示的電流I隨電阻R變化的圖象，則小明應(yīng)選用滑動變阻器R₂（選填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．

Answer 1

分析 （1）①由圖知，電流表指針沒有指在零刻度線上，使用電流表前應(yīng)對電流表進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，使指針指在零刻度線上；
②閉合開關(guān)燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外的電路斷路；電流表無示數(shù)可能是電路斷路；電壓表示數(shù)接近6V，等于電源電壓，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：燈泡斷路．
（2）已知燈泡的額定電壓，通過圖象得到額定電壓下的電流，利用公式P=UI得到燈泡的額定功率；燈絲電阻隨溫度的增大而增大．
（3）①物質(zhì)由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫升華；②燈的亮度取決于燈的實(shí)際功率，在兩端電壓一定時，
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$討論用電器消耗的功率的變化；
（4）在探究電流與電阻的關(guān)系時，要控制不同定值電阻的兩端電壓不變，根據(jù)分壓原理求出當(dāng)接入最大的定值電阻時變阻器的最小阻值，從而確定變阻器的規(guī)格．

解答 解：（1）①電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)先對電流表調(diào)零；
②電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動滑片P，發(fā)觀燈泡總不亮，且電流表無示數(shù)，但電壓表示數(shù)接近6V，則故障原因可能是燈泡斷路；
（2）①由圖象知，在額定電壓下，通過燈泡的電流為I=0.25A，所以燈泡的額定功率為P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625W；
②當(dāng)電壓增大時，通過的電流也增大，燈的實(shí)際功率增大，燈的溫度升高，而燈泡的電阻隨溫度的升高而增大，根據(jù)歐姆定律R=$\frac{U}{I}$，電壓與電流的比值是變大的；
（3）①燈絲發(fā)光時溫度很高，鎢絲由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)發(fā)生升華現(xiàn)象而變細(xì)；
②根據(jù)影響電阻大小的因素，在長度、材料、溫度不變的情況下，燈絲變細(xì)，電阻增大，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，消耗的功率變小，即實(shí)際功率減��；
（4）由圖象知，不同阻值的電阻兩端電壓都等于0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=…=2.5V，當(dāng)接入25Ω的定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，由分壓原理，$\frac{{U}_{變}}{{U}_{定}}=\frac{{R}_{變}}{{R}_{定}}$，變阻器的最小阻值R_變=$\frac{{U}_{變}}{{U}_{定}}$×R_定=$\frac{3.5}{2.5}$×25Ω=35Ω＞20Ω，由圖丁知，電路中的最大電流為0.5A，結(jié)合變阻器的最大阻值和允許通過的最大電流，所以滑動變阻器選擇“50Ω 0.5A”；
故答案為：（1）將電壓表指針調(diào)零；燈泡斷路；
（2）0.625；變大；
（3）升華；��；
（4）R₂．

點(diǎn)評 本題測小燈、泡的電功率，考查器材的調(diào)試、常見故障的分析、電功率的計算、升華現(xiàn)象、影響電阻大小的因素、器材的選用、控制變量等知識，綜合性較強(qiáng)．