Question

5．在“測定小燈泡的電功率”實驗中，電源由兩節(jié)新干電池組成，小燈泡L標有“2.5V”字樣，滑動變阻器標有“10Ω 1Α”字樣．
（1）請用筆畫線代替導線，將圖中實物電路正確連接完整．要求：閉合開關S前，移動變阻器的滑片P至左端時，變阻器連入電路的阻值最大．
（2）連接好電路，閉合電鍵，觀察到燈泡L不發(fā)光，電壓表示數(shù)為零．將電壓表分別正確并聯(lián)在AB、AC、AD兩端，發(fā)現(xiàn)U_AB=U_AC=0，U_AD＞0．請判斷，發(fā)生故障的是CD之間斷路．
（3）故障排除后，小明通過實驗測得如下數(shù)據，分析數(shù)據可知燈泡的額定功率是0.5W．

實驗次數(shù)	電壓表示數(shù)U/V	電流表示數(shù)I/A
1	2.0	0.17
2	2.5	0.20
3	3.0	0.22

（4）小明想通過實驗來比較燈泡“實際電壓是額定電壓一半時的電功率P₁”和“實際電流是額定電流一半時的電功率P₂”的大小，但小明的同學沒有通過實驗也比較出了它們的大小，P₁應大于P₂（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（5）小明將燈泡換成定值電阻繼續(xù)探究“電流與電阻關系”的實驗，所選電阻最小值為5Ω，小明先將5Ω的電阻連入電路，當連好最后一根線時，發(fā)現(xiàn)電壓表指針偏轉超出量程的一半．小明在實驗過程中存在的問題有：①連接電路時開關沒有斷開_；②開關閉合前滑片未置于最大阻值處．
（6）糾正錯誤后，他閉合開關，調節(jié)滑動變阻器的滑片使電壓表示數(shù)為2V，讀出電流表的示數(shù)，并記錄在表格中．接著進行正確地操作將10Ω的電阻接入電路，為讀取正確的電流值，他應將滑動變阻器的滑片向左移，當電壓表示數(shù)為2V時，停止調節(jié)，讀出電流表示數(shù)．按照小明的實驗設計，為能讀出相應的電流值，所選的定值電阻最大值為20Ω．

Answer 1

分析 （1）滑片P至電阻絲的左端時，變阻器連入電路的阻值為最大值，故需將滑動變阻器的右下接線柱接入電路；
（2）燈泡不亮，根據電壓表接在不同兩點間電壓表示數(shù)情況，分析判斷；
（3）由表中實驗數(shù)據求出燈泡額定電壓對應的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率；
（4）根據P=$\frac{{U}^{2}}{R}$和P=I²R，并考慮燈泡電阻受到溫度的影響分析；
如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時的電流等于額定電流的一半，其實際功率等于額定功率的四分之一；實際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電流大于額定電流的一半，此時燈泡實際功率大于額定功率的四分之一；如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時，燈泡實際功率等于額定功率的四分之一，實際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時的電阻，則燈泡實際功率小于額定功率的四分之一．
（5）連接電路時開關應該是斷開的，滑動變阻器的滑片位于最大阻值處，否則會因為電路中電流過大出現(xiàn)損壞儀器的現(xiàn)象；
（6）要探究電流與電阻的關系，需要改變接入電路的定值電阻的阻值，同時保持兩端電壓一定；然后根據串聯(lián)電路分壓的特點確定滑片移動的方向；
探究電流與電阻的關系，應控制電阻兩端電壓保持不變；如果定值電阻阻值太大，定值電阻分壓太大，把滑動變阻器阻值全部接入電路后，定值電阻兩端電壓仍會大于電阻兩端應保持的電壓，無法進行實驗；應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律可以求出定值電阻的最大阻值．

解答 解：（1）變阻器應串聯(lián)接入電路，因為滑片P至左端時，變阻器連入電路的阻值最大，所以將電源正極與滑動變變阻器的右下接線柱相連，如圖所示：
；
（2）觀察到燈泡L不發(fā)光，電壓表示數(shù)為零，有可能是燈泡短路或斷路造成的，發(fā)現(xiàn)_AB=U_AC=0，U_AD＞0，說明從D點、燈絲、電流表、滑動變阻器到電壓的正負極是通路，所以是CD之間發(fā)生了斷路；
（3）由表中實驗數(shù)據可知，燈泡額定電壓2.5V對應的電流為0.20A，燈泡額定功率P=UI=2.5V×0.20A=0.5W；
（4）因為P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，
所以燈泡實際電壓為其額定電壓一半時，它的實際功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_額；
因為P=I²R
所以實際電流等于額定電流一半時，實際功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_額，
故P₁＞P₂；
（5）連接電路時，開關應該是斷開的，連接完最后一根導線后發(fā)現(xiàn)電壓表指針偏轉超出量程的一半，造成上述現(xiàn)象的原因可能是：①連接電路時開關沒有斷開；②開關閉合前滑片未置于最大阻值處；
（6）定值電阻R的阻值由5Ω更換為10Ω時，根據串聯(lián)電路分壓的特點可知，定值電阻兩端電壓變大，因此需增大滑動變阻器兩端電壓，即增大滑動變阻器接入電路的阻值，故將滑片向左移動，直到電壓表的示數(shù)為2V；
電阻兩端電壓為2V，滑動變阻器兩端電壓為3V-2V=1V，
當接入電路的阻值太大時，滑動變阻器分壓仍小于1V，無法繼續(xù)進行實驗；
當滑動變阻器阻值全部接入電路時，
電路電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑最大}}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，
此時接入電路的定值電阻阻值最大，
由I=$\frac{U}{R}$得，R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{2V}{0.1A}$=20Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）CD之間斷路；（3）0.5；（4）大于；（5）①連接電路時開關沒有斷開；②開關閉合前滑片未置于最大阻值處；
（6）左；20．

點評 本題考查了實物圖的連接、滑動變阻器的使用、歐姆定律的應用、電功率計算，串聯(lián)電路的特點等知識掌握情況；要明確：探究電流與電阻的關系，應控制電阻兩端的電壓不變；應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律可以求出電阻．