Question

13．小明利用如圖甲所示電路測(cè)定小燈泡的功率．被測(cè)小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右．實(shí)驗(yàn)室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開關(guān)各一個(gè)、導(dǎo)線若干、滑動(dòng)變阻器三只：R₁（20Ω  0.5A）、R₂（50Ω  0.5A）、R₃（500Ω  1A）．
（1）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，則接下來的操作是將電流表指針調(diào)零．正確連接電路閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數(shù)接近6V，電流表示數(shù)幾乎為0，電路的故障可能是燈泡斷路．
（2）排除電路故障后，閉合開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測(cè)量，小明畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象（如圖丙），則小燈泡的額定功率為0.625W．在多次測(cè)量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大．（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（3）小明又取了一個(gè)規(guī)格、型號(hào)完全相同的舊燈泡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在額定電壓下工作時(shí)，燈泡亮度明顯偏暗，小明仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)這只燈泡的玻璃內(nèi)壁變黑．燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時(shí)發(fā)生升華（選填物態(tài)變化名稱）而變細(xì)，消耗的實(shí)際功率變小的緣故（選填“大、小）．
（4）燈泡的功率測(cè)量完畢，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究電流跟電阻的關(guān)系，得到如圖丁所示的電流I隨電阻R變化的圖象，則小明應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器R₂（選填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．若某次實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器連入的阻值為14Ω，則所選定值電阻的阻值為10Ω．

Answer 1

分析 （1）①由圖知，電流表指針沒有指在零刻度線上，使用電流表前應(yīng)對(duì)電流表進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，使指針指在零刻度線上；
②閉合開關(guān)燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外的電路斷路；電流表無示數(shù)可能是電路斷路；電壓表示數(shù)接近6V，等于電源電壓，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：燈泡斷路；
（2）已知燈泡的額定電壓，通過圖象得到額定電壓下的電流，利用公式P=UI得到燈泡的額定功率；根據(jù)歐姆定律分別求出幾個(gè)電阻值，判斷電壓與電流大小比值的大小變化；
（3）①物質(zhì)由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過程叫升華；②在兩端電壓一定時(shí)，用電器消耗的功率的變化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析；
（4）已知電源電壓，根據(jù)圖象確定電阻兩端的電壓，得出變阻器兩端的電壓，根據(jù)最大電流和最小電流分別求出變阻器的最大值和最小值，從而確定變阻的規(guī)格；求出電路中的電流大小，根據(jù)歐姆定律求定值電阻大�。�

解答 解：（1）①電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)先對(duì)電流表調(diào)零；
②電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，發(fā)觀燈泡總不亮，且電流表無示數(shù)，但電壓表示數(shù)接近6V，則故障原因可能是燈泡斷路；
（2）由圖象知，在額定電壓下，通過燈泡的電流為I=0.25A，所以燈泡的額定功率為P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625W；
由圖象知，當(dāng)電壓為0.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為0.1A，電壓與電流比值大小為5Ω；當(dāng)電壓為2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為0.25A，電壓與電流的比值為10Ω…，所以，當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大；
（3）燈絲發(fā)光時(shí)溫度很高，鎢絲由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)發(fā)生升華現(xiàn)象而變細(xì)；根據(jù)影響電阻大小的因素，在材料、溫度、長度不變的情況下，燈絲變細(xì)，電阻增大，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，在兩端電壓一定時(shí)，消耗的功率變小，即實(shí)際功率減小，燈變暗；
（4）電源電壓為6V；由圖象知，電阻兩端的電壓為U=IR=0.5A×5Ω=2.5V保持不變；則變阻器兩端的電壓始終為U_滑=6V-2.5V=3.5V；
當(dāng)選用5Ω的電阻時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流值為0.5A時(shí)，變阻器的阻值最小R_小=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{大}}=\frac{3.5V}{0.5A}$=7Ω，；當(dāng)選用25Ω的電阻時(shí)，電流為值為0.1A時(shí)，變阻器連入電路中的阻值最大R_大=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{小}}=\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω＞20Ω，所以變阻器應(yīng)選用R₂（電路中的最大電流不超過變阻器允許的最大電流0.5A）；
若某次實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器連入的阻值為14Ω，此時(shí)電路中的電流大小I′=$\frac{U}{R′}=\frac{3.5V}{14Ω}$，因定值電阻的電壓為2.5V，所以定值電阻的大小R_定=$\frac{U}{{I}^{′}}=\frac{2.5V}{\frac{3.5V}{14Ω}}$═10Ω．
故答案為：（1）將電流表指針調(diào)零；燈泡斷路；
（2）0.625；變大；
（3）升華；�。�
（4）R₂；10Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)定燈的電功率，考查實(shí)驗(yàn)前儀器的檢查、常見故障的分析、操作過程、功率的計(jì)算、影響電阻大小的因素和器材的選擇等知識(shí)，綜合性強(qiáng)，有一定難度．