Question

13．某實驗小組的同學用伏安法測量小燈泡電功率，小燈泡的額定電流為0.3A，燈絲阻值在10Ω-15Ω之間．所提供的器材有：電流表、電壓表、電源（電壓恒為6V）、開關(guān)各一個、滑動變阻器（“5Ω 2A”、“20Ω 1A”）兩個，導線若干．

（1）圖1甲所示小明沒有連接完的實物電路，請你用筆兩線代替導線將實物圖補充完整．
（2）小明選用的滑動變阻器的規(guī)格為20Ω 1A．
（3）小明正確連接好電路后，閉合開關(guān)發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表、電壓表均有示數(shù)，接下來他首先進行的操作是C．（選填字母序號）
A．檢查電路是否斷路          B．更換小燈泡
C．移動滑動變阻器的滑片，觀察小燈泡的亮度是否發(fā)光
（4）為了測試小燈泡的額定功率，移動滑片，當電流表的示數(shù)為0.3A時，電壓表的示數(shù)如圖1乙所示，小燈泡的額定功率為1.2W．
（5）實驗中，同學們記錄了多組小燈泡兩端的電壓及對應(yīng)通過小燈泡的電流值如下表所示，本實驗中多次實驗的目的是尋找普遍規(guī)律．

電壓U/V	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0		4.5
電流I/A	0.18	0.2	0.22	0.25	0.28	0.3	0.32
電功率P/W	0.18	0.3	0.44	0.625	0.84		1.28
燈泡發(fā)光情況	很暗→暗→正常發(fā)光→很亮

（6）從上述表格可知，小燈泡電功率不同時，電阻是變化的（選填“變化”或“不變化”），其原因是小燈泡電功率不同時，燈絲的溫度不同．
（7）小亮沒用電壓表，但多用了一個開關(guān)，其它器材與小明的相同，也測出了小燈泡的功率．她設(shè)計電路如圖2，實驗步驟是：
①只閉合S₁，移動滑片P，使電流表示數(shù)為I₁=0.24A；
②滑片P位置不變，再閉合S2，讀取電流表示數(shù)為I₂=0.38A；
③只閉合S₁時，小燈泡的功率P=0.53W．（小數(shù)點后保留兩位）

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，電壓表連線不完整，根據(jù)題意確定電壓表量程，電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)．
（2）求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值，根據(jù)該阻值選擇滑動變阻器的規(guī)格．
（3）閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，但電流表有示數(shù)，說明電路是通路，不用更換燈泡，也不用檢查電路是否斷路，可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，分析電阻過大的原因，然后進行下一步操作．
（4）由圖甲和乙確定電壓表量程與分度值，讀出電壓表示數(shù)，然后由電功率公式P=UI求出燈泡的功率．
（5）多次實驗的目：一是求平均值來減小誤差；二是尋找普遍規(guī)律．
（6）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（7）只閉合S₁時，電路為滑動變阻器和燈泡的串聯(lián)電路，電流表測電路中的電流；當S₁、S₂都閉合時，電路為滑動變阻器的基本電路，電流表測量電路電流；先根據(jù)歐姆定律求出滑動變阻器接入電路的阻值，然后S₁、S₂都閉合時燈泡兩端電壓，再根據(jù)串聯(lián)電路的特點求出燈泡兩端電壓，最后根據(jù)P=UI求出燈泡功率．

解答 解：（1）燈泡額定電流為0.3A，燈絲阻值在10Ω～15Ω之間，則燈泡額定電壓U=IR在3V～4.5V間，電壓表應(yīng)選0～15V量程，電壓表與燈泡并聯(lián)，電路圖如圖所示：

（2）電路電流為燈泡額定電流0.3A時，由U=IR可知，燈泡兩端電壓約為3V～4.5V，此時，滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈，滑動變阻器兩端電壓約為1.5V～3V，由R=$\frac{U}{I}$可知，此時滑動變阻器接入電路的阻值約為5Ω～10Ω，則滑動變阻器應(yīng)選擇“20Ω  1A”；
（3）閉合開關(guān)后，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，電路沒有發(fā)生斷路；電壓表有示數(shù)，說明燈泡正常，可能是電路中的電阻太大，電路中電流太小所致，下一步操作：移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光，即應(yīng)進行C項操作．
（4）根據(jù)圖甲和乙可知，電壓表量程是0～15V，分度值是0.5V，電壓表示數(shù)是4V，燈泡額定功率P=UI=4V×0.3A=1.2W；
（5）伏安法測量小燈泡電功率實驗中，多次測量的目的是為了尋找普遍規(guī)律；
（6）因為小燈泡電功率不同時，燈絲的溫度不同，因此燈絲的電阻是變化的；
（7 ）①滑動變阻器接入電路的阻值：R_滑=$\frac{U}{{I}_{1}}$=$\frac{6V}{0.38A}$=$\frac{300}{19}$Ω；
②滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=I₂R_滑=0.24A×$\frac{300}{19}$Ω≈3.79V；
③燈泡兩端電壓：U_燈=U-U_滑=6V-3.79V=2.21V；
④燈泡的功率：P=U_燈I₂=2.21V×0.24A≈0.53W．
故答案為：（2）20Ω  1A；（3）C；（4）1.2；（5）尋找普遍規(guī)律；（6）變化；小燈泡電功率不同時，燈絲的溫度不同；（7）0.53．

點評 本題考查了實物圖的連接、實驗器材的選擇、電壓表讀數(shù)、求燈泡功率、多次測量的目的以及燈絲電阻與溫度的關(guān)系、歐姆定律以及功率計算公式的應(yīng)用等問題，本題難度較大．