Question

14．小明在測定“小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，電源電壓恒為6V，小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為10Ω．滑動變器規(guī)格為“60Ω 1A”

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物電路連接完整．
（2）正確連接電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)．則出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是 燈泡短路，若此時電流表的示數(shù)為0.1A，則電源電壓為6V．
（3）排除故障后，小明移動滑片P到某一點(diǎn)時，電壓表示數(shù)（如圖乙）為2.2V，若他想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖甲中滑片P向B（A/B）端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
（4）小明移動滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的I-U圖象，根據(jù)圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W．
（5）小明同學(xué)用幾個定值電阻來代替小燈泡做歐姆定律的實(shí)驗(yàn)，他選用了5Ω、10Ω、15Ω、20Ω來研究電流和電阻的關(guān)系，計算要完成整個探究實(shí)驗(yàn)，電壓表示數(shù)至少為1.5V．

Answer 1

分析 （1）由歐姆定律求出燈正常發(fā)光時的電流，確定電流表量程與燈串聯(lián)；
（2）閉合開關(guān)，電流表有示數(shù)，說明電路為通路，根據(jù)電壓表無示數(shù)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮確定故障原因；
為保護(hù)電路，連接電路時，變阻器連入電路中的電阻最大，分析電路的連接，根據(jù)歐姆定律求電源電壓；
（3）燈在額定電壓下正常發(fā)光，根據(jù)圖乙中電壓表小量程讀數(shù)，比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律及分壓原理確滑片移動的方向；
（4）燈在額定電壓下正常發(fā)光，由圖丙知找到燈的額定電壓下的電流，根據(jù)P=UI求燈的額定功率：
（5）研究電流與電阻的關(guān)系時，要保持電壓表示數(shù)不變，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合分壓原理，分析要完成整個探究實(shí)驗(yàn)，電壓表示數(shù)至少為多少．

解答 解：（1）小燈泡額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，燈正常工作時電流：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
電流表選用小量程與燈串聯(lián)，如下所示：

（2）閉合開關(guān)，電流表有示數(shù)，說明電路為通路，電壓表無示數(shù)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，則出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是：燈泡短路了；
因正確連接電路后，閉合開關(guān)，則變阻器連入電路中的電阻最大，R_滑=60Ω，因燈短路，故電路中只有變阻器，根據(jù)歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，電源電壓：
U=IR=0.1A×60Ω=6V；
（3）燈在額定電壓下正常發(fā)光，圖中電壓選用小量程，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，小于燈的額定電壓2.5V，應(yīng)增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減小變阻器的電壓，由分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向B移動，直到電壓表示數(shù)為額定電壓；
（4）燈在額定電壓下正常發(fā)光，由圖丙知，燈的額定電壓下的電流為0.2A，則燈的額定功率：
P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（5）設(shè)電壓表示數(shù)為U_表，則變阻器的電壓為U-U_表，根據(jù)分壓原理：$\frac{U-{U}_{表}}{{U}_{表}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，即 $\frac{U}{{U}_{表}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，--------①
由①知，因?qū)嶒?yàn)中，電壓表示數(shù)保持不變，電源電壓為定值，故①式左邊為定值，右邊也為定值，故變阻器連入電路中的電阻隨定值電阻的增大而增大，當(dāng)定值電阻為R_定=20Ω時---------②，
變阻器連入電路中的最大電阻為R_滑=60Ω------③，
將②③代入①得：
U_表=1.5V，
故他選用了5Ω、10Ω、15Ω、20Ω來研究電流和電阻的關(guān)系，計算要完成整個探究實(shí)驗(yàn)，電壓表示數(shù)至少為1.5V，選B．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）燈泡短路；6；（3）2.2；B；（4）0.5；（5）1.5．

點(diǎn)評 本題定“小燈泡電功率”，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、對器材的要求、控制變量法的應(yīng)用及串聯(lián)電路的規(guī)律及歐姆定律的運(yùn)用，最后一問難度大．