Question

7．小王同學(xué)做“測(cè)定小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)，所用實(shí)驗(yàn)器材包括：電源（電壓約6V）、開(kāi)關(guān)、電壓表、電流表各一個(gè)，導(dǎo)線若干，待測(cè)額定電壓為2.5V的小燈泡若干（電阻約7Ω），滑動(dòng)變阻器兩個(gè)（A：“5Ω  2A”；B：“20Ω  0.5A”）

（1）如圖甲所示，是小王同學(xué)已連接的部分電路，請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，幫他完成電路的連接（要求：①不改動(dòng)已連接導(dǎo)線，連接時(shí)導(dǎo)線不交叉，②滑動(dòng)變阻器滑片P向右移動(dòng)時(shí)，小燈泡變暗）；
（2）小王同學(xué)所選用的滑動(dòng)變阻器是B（選填“A”或“B”）；
（3）小王同學(xué)電路連接無(wú)誤，試觸開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表指針超量程，于是，將電壓表量程換大，但無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片小燈泡都不亮，電壓表示數(shù)始終為6V，電流表示數(shù)始終為0，則電源電壓為6V，產(chǎn)生這個(gè)故障的原因可能是小燈泡斷路；
（4）電路故障排除后，小王調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，發(fā)現(xiàn)電壓表如圖乙所示，為了測(cè)定小燈泡的額定功率，小王應(yīng)向左 （選填“左”或“右”）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為2.5V；
（5）小王移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，記錄多組小燈泡兩端不同的電壓及對(duì)應(yīng)的電流值，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上繪制出了通過(guò)小燈泡的電流與兩端電壓變化關(guān)系的圖象（如圖丙所示）．分析圖象可知，小燈泡的額定功率是0.625W，小燈泡正常工作時(shí)燈絲電阻為10Ω；從圖象還可以看出，小燈泡消耗功率為0.3W時(shí)其電阻為7.5Ω；
（6）小紅同學(xué)在評(píng)價(jià)交流時(shí)，發(fā)現(xiàn)有的同學(xué)將電壓表連接成如圖丁所示電路，由于電流表與電壓表對(duì)電路的影響，則這種連接測(cè)量出的電阻值比實(shí)際電阻偏大（選填“大”或“小”）．

Answer 1

分析 （1）電流表、滑動(dòng)變阻器與燈泡串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)，并注意電流表、電壓表量程的選擇，根據(jù)題目要求確定滑動(dòng)變阻器下面所接的接線柱；
（2）根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)，計(jì)算出滑動(dòng)變阻器接入電路的最小阻值即可選擇正確的滑動(dòng)變阻器；
（3）電流表示數(shù)為零說(shuō)明電路斷路，電壓表有示數(shù)說(shuō)明電壓表和電源連接的部分電路正常；
（4）根據(jù)電壓表的量程和分度值讀出燈泡兩端電壓，然后與燈泡的額定電壓比較，并確定滑片移動(dòng)的方向；
根據(jù)實(shí)際電壓和額定電壓的關(guān)系，判斷實(shí)際功率與額定功率的關(guān)系；
（5）根據(jù)圖象知額定電流，然后利用P=UI求出燈泡的實(shí)際功率、根據(jù)R=$\frac{U}{I}$求出電阻、根據(jù)P=UI從圖象中看出當(dāng)功率為0.3W是的電流和電壓；
（6）此時(shí)電壓表測(cè)量的電壓是電流表和燈泡串聯(lián)后的總電壓，電流表在理論上沒(méi)有電阻，但實(shí)際上也有電阻，只不過(guò)電阻較小．

解答 解：（1）小燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表量程選0-3V，且電壓表與燈泡并聯(lián)，電壓表正接線柱靠近電源的正極，負(fù)接線柱靠近電源負(fù)極；又要求滑片P向移動(dòng)時(shí)變阻器阻值變大，所以應(yīng)連接滑動(dòng)變阻器下面左邊的接線柱．故連接實(shí)物圖如下：

（2）當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，電路中的電流：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{7}$=0.36A，此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：R′=$\frac{6V-2.5V}{0.36A}$=9.7Ω，故選擇滑動(dòng)變阻器B；
（3）電流表的示數(shù)為零說(shuō)明電路中有斷路，再根據(jù)電壓表的示數(shù)判斷出電路故障．電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表的兩個(gè)接線柱和電源連接的部分沒(méi)有斷路，因此故障是小燈泡處發(fā)生斷路了，電壓表示數(shù)為5V，故于電源電壓；
（4）圖乙電壓表量程為0-3V，分度值為0.1V，因此燈泡兩端的實(shí)際電壓為1.8V小于燈泡的額定電壓2.5V，因此需使滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻減小，故滑片向左移動(dòng)；
此時(shí)的實(shí)際電壓低于額定電壓，所以實(shí)際功率小于燈泡的額定電功率；
（5）由圖象丙知，當(dāng)U=2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流為I=0.25A，故燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
根據(jù)圖象知當(dāng)電壓U=1.5V，電流I=0.2A時(shí)，功率P=UI=1.5V×0.2A=0.3W，故電阻R′=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{1.5V}{0.2A}$=7.5Ω
（4）由圖丙知，電流表的內(nèi)接法測(cè)量電阻，此時(shí)燈泡中的電流等于電流表的示數(shù)．由于電流表也有一定的電阻值，所以電流表的兩端也有電壓，此時(shí)的電壓表測(cè)量的是燈泡與電流表串聯(lián)后的總電壓，所以電壓表的示數(shù)要比燈泡兩端的電壓大一些，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$，所以測(cè)量的電阻值要比實(shí)際電阻大．
故答案為：（1）電路如圖；（2）B；（3）6；小燈泡斷路；（4）左；（5）0.625；10；7.5；（6）大．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵：一是電流表和滑動(dòng)變阻器的正確使用，二是電路故障分析和從表格中得到有用的信息，三是知道額定功率和實(shí)際功率的關(guān)系．本題考查了電功率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中電路的連接，電流表的讀數(shù)，計(jì)算電功率，本實(shí)驗(yàn)電路還可以用來(lái)測(cè)量燈泡的電阻．
電流表的連接有兩種方式：電流表的內(nèi)接法；電流表的外接法．當(dāng)電流表內(nèi)接時(shí)，測(cè)量的電流是準(zhǔn)確的，但測(cè)量的電壓要比燈泡兩端的實(shí)際電壓要大．
當(dāng)電流表外接時(shí)，測(cè)量的電壓是準(zhǔn)確的，但電流要比實(shí)際電流要�。�