Question

5．為了測量額定電壓為2.5V的小燈泡L₁的額定功率（L₁電阻約為10Ω）．小軒設(shè)計(jì)了如圖甲所示的電路圖，電源為3節(jié)新的干電池（且電壓恒定），滑動(dòng)變阻器（兩種規(guī)格：A“5Ω，0.5A”、B“20Ω，0.5A”）

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖中所示的即將閉合前的實(shí)物電路連接完整．
（2）小軒在實(shí)驗(yàn)中選擇的滑動(dòng)變阻器是B（選填“A”或“B”）
（3）小軒在實(shí)驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，檢查發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，則電路可能存在的故障是燈泡斷路．
（4）小軒同學(xué)移動(dòng)滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖乙所示的I-U圖象，根據(jù)圖象信息，可計(jì)算出小燈泡L₁的額定功率是0.5W．
（5）小軒通過觀察圖乙的圖象，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體兩端的電壓與電流不成正比，與歐姆定律不符，其原因是：燈絲的阻值不是定值電阻．
（6）小軒發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)桌上還有一只額定電流與L₁的額定電流相同的小燈泡L₂，他想知道L₂正常發(fā)光時(shí)的電阻是多大．但電流表卻壞了，聰明的他利用燈泡L₁（已知額定電壓U_額，和額定電流I_額）以及余下的器材設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路（其中S₂是單刀雙擲開關(guān)），并測出了L₂正常發(fā)光時(shí)的電阻．請你將小軒的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整．
①S₁閉合，S₂接b（填“a”或“b”），調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為2.5V．
②S₁閉合，S₂接a（填“a”或“b”），滑片位置不變，記下此電壓表示數(shù)為U．
則小燈泡L₂正常發(fā)光時(shí)的電阻R₂=$\frac{2.5V}{{I}_{0}}$（用字母表示）．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)中，電流表、燈泡和滑動(dòng)變阻器應(yīng)串聯(lián)在電路中，根據(jù)燈泡正常發(fā)光電流確定電流表量程，滑動(dòng)變阻器一上一下接入電路；
（2）根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律，計(jì)算當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)變阻器連入阻值，從而選擇合適的變阻器規(guī)格；
（3）根據(jù)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，判斷出電路中斷路，電壓表有示數(shù)，則與電壓表并聯(lián)的電路發(fā)生了斷路；
（4）從圖象中找到燈泡電壓2.5V時(shí)的電流，由P=UI計(jì)算即可；
（5）導(dǎo)體兩端的電壓與電流成正比的前提條件是電阻一定，由此根據(jù)燈泡電阻是變化的分析原因；
（6）沒有電流，借助電壓表與L₁的組合間接測出L2正常發(fā)光的電流，從而計(jì)算R₂電阻．

解答 解：
（1）測燈泡功率的實(shí)驗(yàn)中，電流表、燈泡和滑動(dòng)變阻器應(yīng)串聯(lián)在電路中，燈泡正常發(fā)光電流約I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以電流表選用0-0.6A量程，滑動(dòng)變阻器一上下接入電路中，如圖所示：
；
（2）電源為3節(jié)新的干電池，所以電源電壓為4.5V，
燈泡正常發(fā)光時(shí)電壓2.5V，滑動(dòng)變阻器電壓U_滑=U-U_額=4.5V-2.5V=2V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動(dòng)變阻器此時(shí)連入阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{0.25A}$=8Ω，所以應(yīng)選擇“20Ω，0.5A”的變阻器B；
（3）閉合開關(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路某處發(fā)生了斷路，電壓表有示數(shù)，說明與燈泡并聯(lián)的燈泡發(fā)生了斷路；
（4）由圖象可知，當(dāng)燈泡兩端電壓2.5V燈泡正常發(fā)光，此時(shí)通過燈泡的電流為0.2A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（5）燈絲的阻值不是定值電阻，不同功率時(shí)燈絲溫度不同，影響了燈絲的阻值，當(dāng)通過燈絲的電流增大時(shí)，燈絲的溫度升高，燈絲的電阻增大，結(jié)論成立的前提是要保證燈絲的電阻不變，由于沒有滿足這個(gè)前提條件，所以導(dǎo)體中電流跟導(dǎo)體兩端電壓不成正比．
（6）由圖兩燈串聯(lián)，利用燈泡L₂正常發(fā)光電流與L₁電流相等，由歐姆定律計(jì)算L₂電阻．
實(shí)驗(yàn)步驟：
①S₁閉合，S₂接b，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
②S₁閉合，S₂接a滑片位置不變，記下此電壓表示數(shù)為U；
L2兩端的電壓為U-U額；
由圖象讀出燈泡L₁電壓為2.5V時(shí)電流為I額=0.2A，
所以小燈泡L₂正常發(fā)光時(shí)的電流I₂=0.2A，
則小燈泡L₂正常發(fā)光時(shí)的電阻R₂=$\frac{U-{U}_{額}}{{I}_{額}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）B；（3）燈泡斷路；（4）0.5；（5）燈絲的阻值不是定值電阻；（6）①b；2.5V；②a；$\frac{U-{U}_{額}}{{I}_{額}}$．

點(diǎn)評 本題考查了電路連接、滑動(dòng)變阻器的原理與作用、額定功率的實(shí)驗(yàn)方法和計(jì)算，圖象理解，故障問題分析等，知道電阻除了與材料、長度、橫截面積有關(guān)之外，還與溫度有關(guān)，尤其是金屬電阻，溫度升高，電阻增大．還考查了特殊方法測功率，有一定難度．