Question

20．小明利用如圖甲所示電路測定小燈泡的功率．被測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右．實(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、導(dǎo)線若干、滑動變阻器兩只：R₁（20Ω 0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）．
（1）在小明所連接的電路中，有兩根導(dǎo)線還沒有連接好，請你幫他完成電路的連接（要求：滑動變阻器滑片向右移動，燈泡亮度變亮；其他的導(dǎo)線不要變動，導(dǎo)線不能交叉）．
（2）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，則接下來的操作是調(diào)零．正確連接電路閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑動變阻器滑片，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．
（3）排除電路故障后，閉合開關(guān)，改變滑動變阻器的阻值，多次測量，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．在多次測量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)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）小明又取了一個規(guī)格、型號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，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)光時發(fā)生升華而變細(xì)，消耗的實(shí)際功率變小的緣故（選填“大”或“小”）．
（5）燈泡的功率測量完畢，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)選用滑動變阻器R₂（選填“R₁”或“R₂”）．若某次實(shí)驗(yàn)中滑動變阻器連入的阻值為14Ω，則所選定值電阻的阻值為10Ω．
（6）另一小組在探究電流跟電阻的關(guān)系時，卻保持了滑動變阻器滑片位置不變，只在R處換接上不同阻值的定值電阻，實(shí)驗(yàn)多次得出下面的數(shù)據(jù)記錄表格．經(jīng)過仔細(xì)分析，他有了新的發(fā)現(xiàn)：可以將電流表改成直接讀出電阻值的歐姆表，請你幫他說出0.1A處應(yīng)該刻成50Ω．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)要求：滑動變阻器滑片向朽移動，燈泡亮度變亮：其他的導(dǎo)線不要變動，導(dǎo)線不能交叉連接實(shí)物電路；
（2）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．
（3）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；燈絲電阻受溫度的影響，變化較明顯，并且溫度越高，電阻越大．
（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）①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；
②串聯(lián)電路中用電器兩端電壓與其阻值成正比，由圖象可得電阻兩端電壓，已知電源電壓和電阻兩端電壓，可以得到滑動變阻器兩端電壓，根據(jù)串聯(lián)電路用電器兩端電壓與電阻的對應(yīng)關(guān)系，得到定值電阻的阻值．
（6）根據(jù)電源電壓和滑動變阻器的阻值不變結(jié)合歐姆定律及串聯(lián)電路的電流、電壓特點(diǎn)得出0.1A時的電阻值．

解答 解：（1）滑動變阻器滑片向朽移動，燈泡亮度變亮：其他的導(dǎo)線不要變動，導(dǎo)線不能交叉，連接實(shí)物電路；如圖：

（2）①電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)先對電流表調(diào)零；
②電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動滑片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；
（3）①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；
②燈泡亮度隨電壓的升高而增大，電阻隨之增大，所以電壓與電流的比值--電阻是變大的；
（4）①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(xì)；
燈絲變細(xì)，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(shí)際功率減��；
（5）①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”；
②滑動變阻器兩端電壓為U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V
所以$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$代入數(shù)值得
$\frac{2.5V}{3.5V}$=$\frac{{R}_{1}}{14Ω}$
解得R₁=10Ω，即選擇的定值電阻阻值為10Ω．
（6）根據(jù)電源電壓和滑動變阻器的阻值不變，由表格中1、2數(shù)據(jù)知：
I₁（R_滑+R₁）=I₂（R_滑+R₂）
即0.4A×（R_滑+5Ω）=0.3A×（R_滑+10Ω）
解得R_滑=10Ω
電源電壓U=0.4A×（10Ω+5Ω）=6V；
由表格中數(shù)據(jù)值，I₅=0.1A，則R_總=$\frac{U}{{I}_{5}}$=$\frac{6V}{0.1A}$=60Ω
則導(dǎo)體的阻值R₅=R_總-R_滑=60Ω-10Ω=50Ω．
故答案為：（1）如上圖；
（2）調(diào)零；燈泡斷路；
（3）0.625；變大；
（4）��；
（5）R₂；10Ω；
（6）50．

點(diǎn)評 本題考查了電流表的調(diào)節(jié)及讀數(shù)、電路故障分析、求燈泡額定功率、燈泡電阻與溫度的關(guān)系、升華現(xiàn)象、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(diǎn)多，綜合性較強(qiáng)，具有一定的代表性．