Question

9．為了測量額定電壓為“2.5V”小燈泡的電功率，已知電源是三節(jié)干電池串聯(lián)，滑動變阻器的規(guī)格是“20Ω1A”，小明同學(xué)設(shè)計了如圖甲所示的電路圖．實(shí)驗(yàn)中各元件完好，電源電壓保持不變．

（1）連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)斷開．請你在圖乙中用筆畫線代替導(dǎo)線，幫小明同學(xué)將電路連接完整．（連線不得交叉）
（2）小明同學(xué)閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，電流表的示數(shù)不為零，電壓表的示數(shù)為零，產(chǎn)生此故障的原因可能是燈泡短路．
（3）實(shí)驗(yàn)小組在測量小燈泡的額定功率的過程中，由于本實(shí)驗(yàn)器材用的時間過長，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器，小燈泡兩端的電壓都小于2.5V，小明舉手讓老師更換電池，這時同組的小紅說不用更換，她說利用現(xiàn)在測量的電壓和電流求出燈泡的電阻，再根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$求出小燈泡的額定功率為0.7W，你認(rèn)為小燈泡的額定功率應(yīng)該小于（選填“大于”“小于”或“等于”）0.7W，理由是燈泡的電阻隨電壓的升高而增大，正常發(fā)光時的電阻大于他計算出的電阻．
（4）跟換了新的電池，完成實(shí)驗(yàn)后，他們兩個又找來了幾個不同阻值的電阻代替小燈泡繼續(xù)“探究電壓不變時，電流與電阻的關(guān)系”，他把5Ω、10Ω、20Ω的電阻分別接入電路，探究電流與電阻的關(guān)系，接入5Ω電阻時，使電壓表的示數(shù)如圖丙所示，他們能夠完成整個實(shí)驗(yàn)嗎？不能，理由是當(dāng)更換20Ω的電阻時，由于滑動變阻器的阻值太小，不能讓定值電阻的兩端電壓為1.5V．．

Answer 1

分析 （1）連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)斷開；滑動變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)入電路中；
（2）電流表指針偏轉(zhuǎn)說明電路通路，電壓表示數(shù)為0說明電壓表并聯(lián)的部分短路或其接線柱斷路，由此分析；
（3）燈泡電阻受溫度影響，由此分析解答；
（4）探究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)保持不同定值電阻兩端的電壓不變，根據(jù)分壓原理，求出可滿足這個條件的定值電阻允許的最大值．

解答 解：
（1）為了保護(hù)電路，連接電路的過程中開關(guān)應(yīng)斷開；
滑動變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)入電路中，如圖所示：
；
（2）電流表的示數(shù)不為零，說明電路為通路；電壓表示數(shù)為零，說明電壓表并聯(lián)的部分可能出現(xiàn)短路，即可能是小燈泡短路；
（3）燈泡電阻隨溫度升高而增大，實(shí)驗(yàn)中小燈泡兩端的電壓都小于2.5V，則功率小于額定功率，溫度比正常發(fā)光時低，利用現(xiàn)在測量的電壓和電流求出燈泡的電阻比正常發(fā)光時小，所以根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$計算出的額定功率偏大，所以額定功率應(yīng)小于0.7W；
（4）探究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)保持不同定值電阻兩端的電壓不變，圖丙中電壓表使用0-3V量程，分度值為0.1V，示數(shù)為1.5V，即保持1.5V不變，
電源電壓為3×1.5V=4.5V，所以變阻器要分得電壓為：4.5V-1.5V=3V的電壓，
根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，即有：$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$=$\frac{{R}_{滑}}{R}$，
所以變阻器連入電路中的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$×R=$\frac{3V}{1.5V}$×R=2R，而滑動變阻器的規(guī)格是“20Ω 1A”，即連入電路中的最大阻值為20Ω，故定值電阻的最大值為$\frac{20Ω}{2}$=10Ω，即對20Ω的定值電阻，無論怎樣移動滑片，都不能使電壓為1.5V，所以不能完成整個實(shí)驗(yàn)．
故答案為：（1）斷開；見上圖；（2）燈泡短路；（3）小于；燈泡的電阻隨電壓的升高而增大，正常發(fā)光時的電阻大于他計算出的電阻；
（4）不能；當(dāng)更換20Ω的電阻時，由于滑動變阻器的阻值太小，不能讓定值電阻的兩端電壓為1.5V．

點(diǎn)評 本題測量小燈泡的電功率，考查電路的連接、實(shí)驗(yàn)的操作、電阻與溫度關(guān)系、控制變量法的應(yīng)用等，最后一問是本題的難點(diǎn)，要注意語言表述的完整性．