Question

17．圖甲為測定“小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)電路，電源電壓為4.5V，小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為10Ω．

（1）小明連接好電路后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，則故障原因可能是燈泡斷路．
（2）排除故障閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P到某位置，電壓表示數(shù)（如圖乙所示）為2.2V，則此時(shí)燈泡消耗的實(shí)際功率小于額定功率（選填“大于”、“小于”或“等于”）．
（3）小明繼續(xù)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P，記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成I-U圖象（圖丙），根據(jù)圖象，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.5W．
（4）進(jìn)一步分析圖象可知，隨著燈泡兩端電壓的增大，燈絲電阻逐漸增大，造成這一現(xiàn)象的原因可能是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（5）小敏將原電路中的小燈泡先后換接阻值分別為5Ω、10Ω和20Ω的定值電阻，探究“電流與電阻關(guān)系”
①先將5Ω的電阻接入電路，移動(dòng)變阻器滑片，使電壓表示數(shù)為2V，此時(shí)，電流表的示數(shù)為0.4A．然后換接10Ω的電阻，為了保持電壓表示數(shù)不變，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)向右（左/右）移動(dòng)．
②實(shí)驗(yàn)中為了保證接入20Ω的定值電阻時(shí)，保持電壓表示數(shù)不變，則滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)不小于25Ω．

Answer 1

分析 （1）燈泡不發(fā)光，電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電路斷路，電壓表有偏轉(zhuǎn)，電壓表與電源接通，由此分析解答；
（2）根據(jù)電壓表的量程和讀數(shù)，當(dāng)用電器兩端的電壓小于額定電壓時(shí)，功率小于額定功率；
（3）由圖象讀出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電路，根據(jù)P=UI計(jì)算得到額定功率；
（4）導(dǎo)體電阻的決定因素有：導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積、溫度四個(gè)因素．因此從導(dǎo)體的決定因素入手來分析此題；
（5）①由歐姆定律計(jì)算電路中電流；要探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，由此根據(jù)電路特點(diǎn)和歐姆定律分析解答；
②應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律分析答題．

解答 解：
（1）連好電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，但電壓表有示數(shù)，說明在電壓表兩接線柱之間的電路是斷路，所以出現(xiàn)故障的原因可能是燈泡斷路．
（2）由圖乙可知，電壓表量程為0-3V，分度值為0.1V，電壓表示數(shù)為2.2V，此時(shí)燈泡的電壓小于額定電壓，故實(shí)際功率小于額定功率；
（3）由丙可知，燈泡正常發(fā)光時(shí)（電壓為2.5V），通過燈泡的電流為0.2A，
所以燈泡的額定功率為：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）當(dāng)燈泡中有電流通過時(shí)要發(fā)熱，且電壓越大，電流越大，燈泡的實(shí)際功率越大，溫度越高，燈絲的電阻就越大；
（5）①5Ω的電阻接入電路，電壓表示數(shù)為2V，此時(shí)電流表的示數(shù)為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2V}{5Ω}$=0.4A；
將5Ω的電阻換成了10Ω的電阻時(shí)，串聯(lián)電路的總電阻變大，根據(jù)歐姆定律可知電路中電流變小，滑動(dòng)變阻器分得的電壓變小，電阻分得的電壓變大；
探究電流和電阻之間關(guān)系，必須保持電阻兩端的電壓不變，即與電阻并聯(lián)的電壓表示數(shù)不變，所以應(yīng)調(diào)節(jié)滑片向右移動(dòng)，增大滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻，使電壓表的示數(shù)仍為2V；
②電源電壓為4.5V，定值電阻兩端電壓為2V，則滑動(dòng)變阻器分壓為4.5V-2V=2.5V，
當(dāng)接入20Ω電阻時(shí)，由串聯(lián)電路特點(diǎn)知：I_R=I_滑，
由歐姆定律有：$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{2V}{20Ω}$=$\frac{2.5V}{{R}_{滑}}$，解得：R_滑=25Ω，即變阻器最大阻值應(yīng)不小于25Ω．
故答案為：
（1）燈泡斷路；（2）2.2；小于；（3）0.5；（4）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；（5）①0.4；右；②25．

點(diǎn)評(píng) 本題是測定“小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)，考查了故障分析、電表讀數(shù)、功率計(jì)算，實(shí)驗(yàn)操作等，還考查了對(duì)控制變量法的應(yīng)用，考查知識(shí)點(diǎn)多，綜合性強(qiáng)，是一道好題．