Question

3．在“測(cè)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10Ω）．

（1）用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲所示的實(shí)物電路連接完整．
（2）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
（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)，移動(dòng)滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)是2.2 V；為了測(cè)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)．
（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)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0.625 W．
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)圖象分析其原因是實(shí)際電功率太小．
（6）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(cè)未知定值電阻的電路，如圖丁所示．請(qǐng)根據(jù)電路圖將實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整：
①閉合S₁，斷開S₂，移動(dòng)滑片P，使電流表的示數(shù)為0.25A
②斷開S₁，閉合S₂，讀出電流表的示數(shù)I表達(dá)式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

Answer 1

分析 （1）測(cè)燈泡電功率時(shí)，要測(cè)量燈泡兩端電壓和通過燈泡的電流，由已知確定電表的量程，從而連接實(shí)物；
（2）求出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，然后選擇滑動(dòng)變阻器；
（3）為了保護(hù)電路，閉合開關(guān)前滑片應(yīng)放在阻值最大處；
（4）電壓表測(cè)燈泡電壓，讀出電壓表示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律判斷滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)方向；
（5）①由圖象讀出燈泡電壓為2.5V時(shí)的電流，由P=UI計(jì)算其額定功率；
②燈泡的燈絲會(huì)隨溫度的變化而改變，這是造成電流與電壓不成正比的原因．
③燈泡亮度由實(shí)際功率決定．
（6）閉合S₂，斷開S₁，R₁與燈并聯(lián)，移動(dòng)滑片使燈正常發(fā)光；保持滑動(dòng)變阻器P的位置不動(dòng)，閉合S₁，斷開S₂，使電流表測(cè)干路中的電流，則可知此時(shí)燈正常發(fā)光的電流，燈的電阻可求．

解答 解：
（1）由題燈泡正常發(fā)光電路中電流約為：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$=0.21A，
測(cè)額定電壓為2.5V燈泡電功率時(shí)，要測(cè)量燈泡兩端電壓和通過燈泡的電流，電壓表與燈泡并聯(lián)，使用0-3V量程；電流表與燈泡串聯(lián)，由（1）電流表使用0-0.6A量程，實(shí)物連接如圖所示；

（2）由題燈泡正常發(fā)光電路中電流約為：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$=0.21A，
此時(shí)變阻器兩端電壓U_變=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，變阻器連入阻值R=$\frac{{U}_{變}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.21A}$=16.7Ω，故應(yīng)選“50Ω 0.5A”的滑動(dòng)變阻器；
（3）為了保護(hù)電路，閉合開關(guān)前滑片應(yīng)放在阻值最大處，即距離下接線柱最遠(yuǎn)處的A端；
（4）電壓表測(cè)量燈泡的電壓，電壓表量程0-3V，分度值0.1V，由圖知電壓表示數(shù)為2.2V，即燈泡兩端的電壓為2.2V，
要使燈泡兩端電壓由2.2V增大到2.5V，電路電流要增大，總電阻減小，滑動(dòng)變阻器連入電路的部分減小，滑片向B端移動(dòng)；
（4）①由圖象可知，當(dāng)燈泡電壓為2.5V時(shí)的電流為0.25A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
②圖線彎曲說明燈泡的電阻值是變化的，不是定值，這是因?yàn)殡妷涸酱�，通過燈的電流越大，燈泡的實(shí)際功率越大，燈絲溫度越高，電阻越大．
③根據(jù)燈泡的亮度由實(shí)際功率決定，當(dāng)燈泡兩端電壓小于0.5V時(shí)，燈泡實(shí)際功率非常小，不能看到燈泡發(fā)光；
（6）①開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；
②開關(guān)S₁斷開，S₂閉合，保持滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng)，讀出電流表示數(shù)I；
根據(jù)圖象丙，當(dāng)通過燈泡電流為0.25A時(shí)，燈泡兩端電壓U=2.5V，由并聯(lián)電壓規(guī)律U_x=U_燈=2.5V，當(dāng)開關(guān)S₁斷開，S₂閉合時(shí)，電流表測(cè)總電流，由并聯(lián)電流規(guī)律I_x=I-0.25A，
Rx=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．
故答案為：（1）如上圖所示：；（2）B；（3）A；（4）2.2   B；（5）①0.625； ②溫度；③實(shí)際電功率太��；（6）②斷開S₁，閉合S₂，讀出電流表的示數(shù)I；$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

點(diǎn)評(píng) 本題則量小燈泡的電功率，考查電路的連接、器材的選用及從圖象獲取有效信息的能力和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，綜合性強(qiáng)，難度較大．