Question

15．在一次測量小燈泡額定功率的實驗中，所用電源由兩節(jié)新干電池串聯組成，小燈泡上標有“2.5V”字樣（小燈泡額定功率約為0.6W）．小剛連接了如圖甲所示的電路．

（1）同組的小明發(fā)現該電路連接存在問題，如果閉合圖甲所示電路的開關，則電壓表的示數約為3V，電流表的示數約為0A．
（2）小明主張拆了以后重新連接，可是時間來不及了，小剛在圖甲電路中只改變了某根導線一端的接點位置，而后電路就能測量小燈泡的額定功率了．請在需要改動的導線上打“×”，并畫出正確的接線．
（3）待改接好電路后，小剛同學移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制成圖乙所示的圖象．根據圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.75W，該圖象不是直線，主要原因是燈絲電阻受溫度的影響；
（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）實驗過程中，小明這組的電流表燒壞，老師另給了一只電阻箱，他利用電阻箱和余下部分器材設計了如圖丙所示的電路，也測出了小燈泡的額定功率．小明的實驗方法如下：
①根據電路圖連接實物電路；
②只閉合開關S₁、S₃，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數為2.5V；
③斷開S₃，閉合S₂，調節(jié)電阻箱，達到步驟②中同樣的效果，讀出相應的數值．
④根據有關公式，計算出燈泡的額定功率P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）根據電流表和電壓表的連接方法分析；
（2）電壓表應并聯在燈的兩端，電流表串聯在電路中；
（3）從圖乙中讀出燈泡兩端電壓為2.5V時對應的電流值，然后根據P=UI求出燈泡的額定功率．燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；
（4）根據圖象中電壓為一半時的電流和電流為一半時的電壓的大小，利用公式P=UI判定實際功率的大�。�
（5）將燈與變阻器串聯接入電路中，首先移動變阻器的滑片P，使電壓表示數為燈的額定電壓2.5V，燈正常發(fā)光；在沒有電流表的情況下，要測燈的額定功率，根據P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，求出燈正常發(fā)光時的電阻大小即可，為求出燈正常發(fā)光時的電阻大小，根據等效替代法，再將電阻箱與變阻器串聯接入電路，通過調節(jié)電阻箱旋鈕，使電壓表示數保持不變，則此時電阻箱連入電路的阻值R即為燈正常發(fā)光時的電阻大�。�

解答 解：（1）由圖可知，電流表與燈泡并聯了，故燈泡被短路，電壓表串聯在電路中，此時電壓表測量的是電源電壓，電源由兩節(jié)干電池組成，則電壓表所示為3V；此時電路相當于斷路，故電流表的示數為0A；
（2）電壓表應并聯在燈的兩端，電流表應串聯在電路中．將燈泡與滑動變阻器相連的導線去掉，并改接在電源負極，如下圖所示．

（3）根據圖乙可知，當燈泡兩端電壓為2.5V時，通過小燈泡的電流為0.3A，
則燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
因為燈絲的電阻與溫度有關，所以燈泡的I-U圖象為曲線．
（4）燈泡的I-U圖象，如圖所示：
；
燈泡的實際電壓為其額定電壓一半時，如圖中紅線所示，
燈泡的實際電流等于額定電流一半時，如圖中綠線所示，
比較可知，燈泡的實際電壓為其額定電壓一半時，其電壓與電流的乘積較大，即P₁＞P₂；
（5）在上面分析的基礎上，實驗方案如下：
①閉合開關S₁，S₃，移動變阻器的滑片P，使電壓表示數為2.5V；
③斷開S₃，閉合S₂，調節(jié)電阻箱，使電壓表的示數仍然為2.5V，讀出電阻箱連入電路的阻值R，此時電阻箱的阻值R與燈泡的電阻是相等的；
④燈泡正常發(fā)光時，其兩端的電壓為2.5V，燈泡的電阻與電阻箱的阻值R相同，
則小燈泡額定功率的表達式為：P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．
故答案為：（1）3；0；（2）如上圖所示；（3）0.75；燈絲電阻受溫度的影響；（4）大于；（5）②電壓表示數為2.5V；③電阻箱；P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．

點評 本題考查了測量小燈泡電功率的實驗，涉及電路故障的判斷、電壓表的讀數、串聯電路的分壓作用及額定功率的計算，同時還考查了學生對圖象的分析和處理能力，本實驗需要注意燈絲的電阻隨溫度的變化而變化．