Question

8．科技小組的同學(xué)們準(zhǔn)備對(duì)一個(gè)標(biāo)有“2.5V  0.8W”的燈泡的功率值進(jìn)行檢測(cè)．他們用如圖（a）所示的電路圖來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20Ω  2A”字樣．
（1）（a）圖所連電路有兩根導(dǎo)線還未連接好，請(qǐng)你幫他完成電路的連接（滑片P向右滑時(shí)燈泡變亮，其它導(dǎo)線改動(dòng)）．

（2）實(shí)驗(yàn)電路接好后，閉合開關(guān)時(shí)，部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，請(qǐng)根據(jù)故障現(xiàn)象和檢測(cè)結(jié)果指出故障的可能原因（電路中只有一處故障，且電流表電壓表完好）：①滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面的兩個(gè)接線柱．②燈泡斷路．

故障現(xiàn)象	檢測(cè)結(jié)果	故障原因
燈泡較暗、兩表的示數(shù)均 較小	移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，現(xiàn)象不變	①
燈泡不亮、電壓表示數(shù)較 大、電流表無示數(shù)	取下燈泡，兩表的示數(shù)不變	②

（3）排除故障后，按正確操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光較暗，電流表、電壓表的示數(shù)如圖（b）所示，他所用的電源電壓為4.5V．接著他移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，當(dāng)觀察到電壓表的示數(shù)為2.5V時(shí)，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑片恰好在中點(diǎn)上，則小燈泡正常發(fā)光時(shí)的功率為0.5W．
（4）假如燈泡鎢絲的粗細(xì)是一定的，當(dāng)燈泡的功率為標(biāo)定的功率時(shí)，設(shè)燈絲的長度為L₀，那么實(shí)際上這個(gè)燈泡鎢絲的長度比L₀長（填“長”或“短”）．
（5）同學(xué)們已經(jīng)做過的測(cè)量型實(shí)驗(yàn)可以分成兩種：用刻度尺測(cè)量課本長度叫做直接測(cè)量；而速度的測(cè)量需要用刻度尺和計(jì)時(shí)器分別測(cè)出路程和時(shí)間，再通過計(jì)算求出速度，這叫做間接測(cè)量．下列實(shí)驗(yàn)所用的測(cè)量方法與本題電功率的測(cè)量方法不相同的是C．（填對(duì)應(yīng)的字母）
A、固體密度的測(cè)量　　　　B、導(dǎo)體電阻的測(cè)量　　　　C、電路中電流的測(cè)量．
（6）實(shí)驗(yàn)小組的另一位同學(xué)認(rèn)為把燈泡更換成一個(gè)定值電阻，還可以探究電流與電壓的關(guān)系，該同學(xué)的說法是的正確（選填“正確”或“錯(cuò)誤”）．

Answer 1

分析 （1）測(cè)量功率的實(shí)驗(yàn)中，電流表與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)連接，電壓表與燈泡并聯(lián)，注意滑動(dòng)變阻器按一上一下的接線原則；根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程；
（2）當(dāng)把滑動(dòng)變阻器的兩個(gè)下接線柱接入了電路時(shí)，滑片移動(dòng)時(shí)，燈的亮度不變，且較暗，燈的電壓較小，電流也較小；當(dāng)燈絲斷了時(shí)，把燈從燈座上取下來，電壓表的示數(shù)是不變的，電流表也不會(huì)有示數(shù)的，是發(fā)生了斷路的．
（3）實(shí)驗(yàn)步驟正確，閉合開關(guān)時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為滑動(dòng)變阻器的最大阻值，由圖2讀出電表示數(shù)，由公式U=IR及串聯(lián)電路特點(diǎn)求出電源電壓；由串聯(lián)電路特點(diǎn)求出電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端電壓，然后由歐姆定律求出電路電流，最后由電功率公式P=UI求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電功率．
（4）導(dǎo)體電阻由導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積決定，在材料、橫截面積一定的情況下，
導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體的長度成正比；根據(jù)燈泡的電壓相同與功率的關(guān)系由公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$判斷出合格燈泡與實(shí)際燈泡的電阻大小關(guān)系，然后根據(jù)燈泡電阻與燈絲長度的關(guān)系，判斷燈絲是長了還是短了．
（5）電功率的測(cè)量方法是間接測(cè)量，逐個(gè)分析實(shí)驗(yàn)所用的測(cè)量方法，即可找出與本題實(shí)驗(yàn)不相同的實(shí)驗(yàn)．
（6）測(cè)燈泡電阻實(shí)驗(yàn)與探究“導(dǎo)體上的電流與電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)原理相同，探究“導(dǎo)體上的電流與電壓的關(guān)系”，要保證電阻阻值保持不變，因此將燈泡換成定值電阻即可．

解答 解：（1）因?yàn)闊襞莸念~定電壓為2.5V，所以電壓表的量程選擇0～3V，電壓表與燈泡并聯(lián)，
滑動(dòng)變阻器P向右滑時(shí)燈泡變亮，即應(yīng)將滑片P右邊的電阻接入電路，所以電源的正極與B接線柱相連，如下圖所示：
（2）①燈泡較暗，說明電路中電阻很大，同時(shí)移動(dòng)滑片時(shí)，現(xiàn)象不變，說明滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面的兩個(gè)接線柱．
②電流表無示數(shù)，說明電路中有斷路或電流表短路，而燈泡不亮，電壓表有示數(shù)，說明燈泡斷路．
（3）由圖2可知，電流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.14A；
由圖（b）可知電壓表量程是0～3V，最小分度值是0.1V，電壓表示數(shù)是1.7V；
閉合開關(guān)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑=20Ω，
電源電壓U=U_L+U_滑=U_V+IR_滑=1.7V+0.14A×20Ω=4.5V；
當(dāng)電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓2.5V時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑′=U-U_L額=4.5V-2.5V=2V，
此時(shí)電路電流I′=$\frac{{U}_{{滑}^{′}}}{\frac{{R}_{滑}}{2}}$=$\frac{2V}{\frac{20Ω}{2}}$=0.2A，燈泡正常發(fā)光時(shí)的功率P=U_L額I′=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得：R=$\frac{{U}^{2}}{P}$，
因?yàn)镻_實(shí)=0.5W，P_合格=0.8W，
所以燈泡兩端的電壓相同時(shí)，R_實(shí)＞R_合格，
因?yàn)樵诓牧稀�橫截面積一定的情況下，導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體的長度成正比；
所以燈絲的實(shí)際長度l比規(guī)定長度l₀長；
（5）A、固體密度的測(cè)量，需要測(cè)量固體的質(zhì)量和體積，利用ρ=$\frac{m}{V}$求出的，屬于間接測(cè)量方法；
B、導(dǎo)體電阻的測(cè)量，需要測(cè)量導(dǎo)體兩端的電壓和通過的電流，利用R=$\frac{U}{I}$求出的，屬于間接測(cè)量方法；
C、電路中電流的測(cè)量，可以利用電流表直接測(cè)量得出，屬于直接測(cè)量方法．
本題電功率的測(cè)量方法是間接測(cè)量方法，所以與本題電功率的測(cè)量方法不相同的是C．
（6）若在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上接著探究“導(dǎo)體上的電流與電壓的關(guān)系”，只需將燈泡換成定值電阻即可，故該同學(xué)的說法正確．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）滑動(dòng)變阻器同時(shí)接到下面的兩個(gè)接線柱；燈泡斷路；（3）4.5；0.5；（4）長；（5）C；（6）正確．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了求電源電壓、燈泡功率、電路故障分析等問題，熟練應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律、電功率公式是正確解題的關(guān)鍵．知道當(dāng)滑動(dòng)變阻器只接了下邊的兩個(gè)接線柱時(shí)，是接成了定值電阻，電路中的總電阻較大，故電流較小．
同時(shí)考查判斷燈絲實(shí)際長度與規(guī)定長度間的關(guān)系，由燈泡銘牌及表中數(shù)據(jù)找出需要的數(shù)據(jù)，掌握功率公式及其變形公式，掌握歐姆定律，知道影響導(dǎo)體電阻大小的因素是正確解題的關(guān)鍵．