Question

3．在“測定小燈泡的電功率”的實(shí)驗(yàn)中，選用如圖甲所示的器材，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）．
（1）為了能夠順利完成實(shí)驗(yàn)探究，下列兩種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用B
A．“10Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器      B．“50Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器
（2）用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲所示的實(shí)物電路連接完整．
（3）閉合開關(guān)前，應(yīng)將圖甲中所示的滑動(dòng)變阻器的滑片滑到A（選填“A”或“B”）端．
（4）閉合開關(guān)后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，若電路只有一處故障，則故障原因是小燈泡斷路．
（5）排除故障后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)是2.2V；為了測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向B（選填“A”或“B”）端移動(dòng)．
（6）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，繪制出小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖丙所示）．分析圖象可知：
①小燈泡的額定功率為0.625W．
②小燈泡燈絲電阻是變化的，主要是受溫度變化的影響．
③實(shí)驗(yàn)中觀察到：當(dāng)小燈泡兩端的電壓低于0.5V時(shí)，小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡實(shí)際功率過�。�
（7）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小華在缺少電壓表的情況下，根據(jù)繪制出的小燈泡電流與電壓關(guān)系圖象，設(shè)計(jì)出了一個(gè)測未知定值電阻的電路，如圖丁所示．請根據(jù)電路圖寫出其中一次測量的實(shí)驗(yàn)步驟：
①①開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，此時(shí)燈泡與電阻并聯(lián)，它們兩端電壓相等，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使得電流表的示數(shù)分別為0.25A、0.2A或0.1A，則由圖象可知，對應(yīng)的電壓分別為2.5V，1.5V，0.5V
②②保持滑片位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S₂，此時(shí)燈泡與定值電阻并聯(lián)，電流表測干路電流，記下電流表的讀數(shù)為I，
通過定值電阻的電流I_x=I-I_L=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A
表達(dá)式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$．

Answer 1

分析 （1）選擇滑動(dòng)變阻器的規(guī)格，要從電路需要滑動(dòng)變阻器的最大電阻和電路允許通過的最大電流考慮：
滑動(dòng)變阻器的最大阻值要稍大于電路需要滑動(dòng)變阻器的最大阻值．
滑動(dòng)變阻器允許通過的最大電流大于電路最大電流．
（2）根據(jù)燈泡正常工作時(shí)電流的大約值確定電流表的量程，然后使電流表與燈泡串聯(lián)連接；
（3）連接電路時(shí)，開關(guān)處于斷開狀態(tài)，滑動(dòng)變阻器滑片滑到阻值最大處；
（4）電流表無示數(shù)，說明電路有斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連；
（5）根據(jù)電壓表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓表示數(shù)；根據(jù)串聯(lián)分壓特點(diǎn)確定滑片移動(dòng)方向．
（6）分析圖象，得出小燈泡額定電壓對應(yīng)的電流，利用P=UI求出電功率．小燈泡燈絲電阻受溫度影響是變化的；小燈泡不發(fā)光的原因可能是小燈泡實(shí)際功率過�。�
（7）要測量未知定值電阻，需測量出未知定值電阻的電壓和電流，應(yīng)用并聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律求出通過未知定值電阻的電流，然后應(yīng)用R=$\frac{U}{I}$求出未知定值電阻表達(dá)式．

解答 解：（1）燈泡正常工作時(shí)電流：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.2A．
測定燈泡功率的實(shí)驗(yàn)中，燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)得，燈泡正常工作時(shí)，滑動(dòng)變阻器電壓為：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V；
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動(dòng)變阻器電阻為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.2A}$=17.5Ω，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選“50Ω  0.5A”的滑動(dòng)變阻器；
（2）因?yàn)闊襞莸念~定電流約為0.2A，因此電流表量程選擇0～0.6A量程；
將電流表的0.6A接線柱與燈泡的左接線柱相連，如圖所示：

（3）連接電路時(shí)，開關(guān)處于斷開狀態(tài)；閉合開關(guān)前，需滑動(dòng)變阻器滑片滑到阻值最大處，即將滑片位于最左端，即A端；
（4）燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路有斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連，因此與電壓表并聯(lián)的電路斷路，即燈泡斷路．
（5）根據(jù)圖乙可知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V；
要測量燈泡的額定功率，需使電壓表的示數(shù)為2.5V，因此需減小滑動(dòng)變阻器兩端電壓，即減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，故將滑片向B端移動(dòng)．
（6）通過小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關(guān)系如圖丙所示．分析圖象可知：
①當(dāng)電壓為2.5V時(shí)，電流為0.2A，額定功率為P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
②小燈泡燈絲的電阻是變化的，主要是受溫度影響．
③小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡實(shí)際功率過小，達(dá)不到發(fā)光程度；
（7）按照電路圖正確連接電路；
①開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，此時(shí)燈泡與電阻并聯(lián)，它們兩端電壓相等，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使得電流表的示數(shù)分別為0.25A、0.2A或0.1A，則由圖象可知，對應(yīng)的電壓分別為2.5V，1.5V，0.5V，
②保持滑片位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S₂，此時(shí)燈泡與定值電阻并聯(lián)，電流表測干路電流，記下電流表的讀數(shù)為I，
通過定值電阻的電流I_x=I-I_L=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A，
R_x的表達(dá)式為：R_x=$\frac{U}{I-{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{1-0.1A}$．
故答案為：（1）B；
（2）見上圖；
（3）A；
（4）小燈泡斷路；
（5）2.2；B；
（6）①0.625；②溫度；③小燈泡實(shí)際功率過��；
（7）①開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，此時(shí)燈泡與電阻并聯(lián)，它們兩端電壓相等，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使得電流表的示數(shù)分別為0.25A、0.2A或0.1A，則由圖象可知，對應(yīng)的電壓分別為2.5V，1.5V，0.5V，
②保持滑片位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S₂，此時(shí)燈泡與定值電阻并聯(lián)，電流表測干路電流，記下電流表的讀數(shù)為I，
通過定值電阻的電流I_x=I-I_L=I-0.25A，或I-0.2A，或I-0.1A，
$\frac{2.5V}{I-0.25A}$或$\frac{1.5V}{I-0.2A}$或$\frac{0.5V}{I-0.1A}$．

點(diǎn)評 此題綜合考查了電路的連接、電壓表的讀數(shù)、實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)，具有代表性；特別是最后一問設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有一定的難度，需要仔細(xì)分析，重點(diǎn)掌握．