Question

3．小唐和小亮利用如圖甲所示電路圖測定小燈泡的功率．被測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右．實驗室有如下器材：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、導(dǎo)線若干、滑動變阻器四只：R₁（10Ω 0.5A）、R₂（20Ω 0.5A）、R₃（50Ω  0.5A）、R₄（500Ω  1A）．

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖乙中的電路連接完整．（要求當滑動變阻器滑片向右滑動電流表示數(shù)變大）
（2）小唐連接電路閉合開關(guān)后，電壓表的指針迅速越過最右側(cè)的刻度線，無論怎樣移動滑動變阻器滑片，燈泡都不亮，則原因可能是小電燈的燈絲斷了．
（3）糾正上述問題后，閉合開關(guān)，改變滑動變阻器的阻值，多次測量，小唐畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象（圖丙），則小燈泡的額定功率為0.625W．在多次測量中，小唐還發(fā)現(xiàn)：當電壓表的示數(shù)增大時，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（4）小亮又取了一個規(guī)格、型號完全相同的舊燈泡進行實驗，發(fā)現(xiàn)在額定電壓下工作時，燈泡亮度明顯偏暗，小亮仔細觀察，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)光時發(fā)生升華（選填物態(tài)變化名稱）而變細，消耗的實際功率變小的緣故（選填“大”或“小”）．
（5）燈泡的功率測量完畢，他們用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，則他們應(yīng)選用滑動變阻器R₃（選填“R₁”、“R₂”、“R₃”或“R₄”）．
（6）整理器材時小亮發(fā)現(xiàn)滑動變阻器接入電路的電阻絲部分比PC部分熱，原因是滑動變阻器接入電路的電阻絲部分和PC部分串聯(lián)，根據(jù)Q=I²Rt，兩部分的電流相同，通電時間相同，由于滑動變阻器接入電路的電阻絲部分的電阻大于PC的電阻，所以滑動變阻器接入電路的電阻絲部分產(chǎn)生的熱量多．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律求出燈泡額定電流的大約值，然后確定電流表的量程，并將電流表、滑動變阻器以及開關(guān)串聯(lián)在電路中；滑動變阻器滑片向右移動，燈泡亮度變亮，說明電路電流變小，即滑動變阻器接入電路的阻值變小，故將滑動變阻器的右下接線柱接入電路；
（2）閉合開關(guān)后，小明發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)超過3V，說明問題出在電壓表兩接線柱之間的電路，短路不對（這樣電壓表示數(shù)為0），只能是開路．
（3）當燈泡兩端電壓為額定電壓時，燈泡正常發(fā)光；根據(jù)圖丙讀出當燈泡兩端電壓額定電壓2.5V時，通過燈泡的電流，再根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；
燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
（4）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，用電器消耗的功率的變化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析．
（5）在探究電流與電阻的關(guān)系時，要改變接入電路的電阻阻值大小，但不同阻值的電阻兩端電壓不變；
（6）根據(jù)焦耳定律結(jié)合串聯(lián)電路電流及電阻的關(guān)系進行判斷．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，將燈泡右端接線柱與電壓表“-3”接線柱相連，有當滑動變阻器滑片向右滑動電流表示數(shù)變大，可知，將滑動變阻器的右下接線柱與開關(guān)的右接線柱相連，如下圖所示：

（2）無論怎樣移動滑動變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表的指針迅速越過最右側(cè)的刻度線，電壓表的示數(shù)超過3V，說明問題出在電壓表兩接線柱之間的電路開路．
（3）由圖丙可知，當燈泡兩端電壓為2.5V時，通過燈泡的電流為0.25A，則燈泡的額定功率：P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625W；
因為燈絲的溫度隨電壓的升高而增大，電阻隨之增大，所以當電壓表的示數(shù)增大時，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大；
（4）燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時溫度很高，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；
燈絲變細，電阻增大，在兩端電壓一定時，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，消耗的功率變小，即實際功率減小；
（5）由圖象知，不同阻值的電阻兩端電壓等于0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=…=2.5V
假設(shè)選擇25Ω的定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)，由$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$知，要保持定值電阻兩端電壓為2.5V不變，滑動變阻器接入電路的電阻為35Ω，所以滑動變阻器選擇“50Ω  0.5A”，即選擇滑動變阻器R₃；
（6）滑動變阻器接入電路的電阻絲部分和PC部分串聯(lián)，根據(jù)Q=I²Rt，兩部分的電流相同，通電時間相同，由于滑動變阻器接入電路的電阻絲部分的電阻大于PC的電阻，所以滑動變阻器接入電路的電阻絲部分產(chǎn)生的熱量多，比較熱．
故答案為：（1）見上圖；（2）小電燈的燈絲斷了；（3）0.625；變大；（4）升華；��；（5）R₃；（6）滑動變阻器接入電路的電阻絲部分和PC部分串聯(lián)，根據(jù)Q=I²Rt，兩部分的電流相同，通電時間相同，由于滑動變阻器接入電路的電阻絲部分的電阻大于PC的電阻，所以滑動變阻器接入電路的電阻絲部分產(chǎn)生的熱量多．

點評 本題考查了電流表的調(diào)節(jié)及讀數(shù)、求燈泡額定功率、電功率的變化以及滑動變阻器規(guī)格的選擇，考查角度廣，設(shè)計知識點多，綜合性較強，具有一定的代表性．