Question

6．小王利用如圖甲所示電路測(cè)定小燈泡的功率．被測(cè)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(gè)、導(dǎo)線若干、滑動(dòng)變阻器三只：R₁（20Ω 0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．

（1）實(shí)驗(yàn)前在檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖乙所示，則接下來(lái)的操作是指針調(diào)零．正確連接電路閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)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．
（2）排除電路故障后，閉合開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測(cè)量，小王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(cè)量中，小王還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大（選填“變大”、“變小”或“不變”），原因是燈絲電阻隨溫度升高而增大．
（3）小王又取了一個(gè)規(guī)格、型號(hào)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(shí)，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(shí)發(fā)生升華（選填物態(tài)變化名稱）而變細(xì)，消耗的實(shí)際功率變小的緣故（選填“大”或“小”）．
（4）燈泡的功率測(cè)量完畢，小王用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(dòng)變阻器R₂（選填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．若某次實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器連入的阻值為14Ω，則所選定值電阻的阻值為10Ω．

Answer 1

分析 （1）由圖乙知電流表指針沒(méi)有指在零刻度線上，應(yīng)對(duì)電流表進(jìn)行調(diào)零，使指針指在零刻度線上；燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路為斷路，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連；
（2）已知燈泡的額定電壓，通過(guò)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；
（3）①物質(zhì)由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的過(guò)程叫升華；
②在兩端電壓一定時(shí)，用電器消耗的功率的變化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$進(jìn)行分析；
（4）①在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，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(dòng)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(duì)應(yīng)關(guān)系，得到定值電阻的阻值．

解答 解：
（1）由圖乙知電流表指針沒(méi)有指在零刻度線上，則接下來(lái)的操作是將電流表指針調(diào)零；
閉合開關(guān)，燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路為斷路，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連．因此電路故障為燈泡斷路；
（2）由圖象知，在額定電壓下，通過(guò)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；
燈泡亮度隨電壓的升高而增大，電阻隨之增大，所以而電壓與電流的比值等于燈絲的阻值，故電壓與電流的比值變大；
（3）①燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發(fā)光時(shí)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)；
②燈絲變細(xì)，電阻增大，在兩端電壓一定時(shí)，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，消耗實(shí)際功率變��；
（4）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(dòng)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(dòng)變阻器接入電路的電阻為35Ω，所以滑動(dòng)變阻器選擇“50Ω  0.5A”，即選擇滑動(dòng)變阻器R₂；
②滑動(dòng)變阻器兩端電壓為U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V
由串聯(lián)電路的分壓原理$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
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．
故答案為：
（1）指針調(diào)零；燈泡斷路；
（2）0.625；變大；燈泡電阻隨溫度升高而增大；
（3）升華；小；
（4）R₂；10．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電流表的正確使用、電路故障分析、電流表讀數(shù)額定功率的計(jì)算、燈泡電阻與溫度的關(guān)系、升華現(xiàn)象、電功率的變化等，設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)多，綜合性較強(qiáng)，具有較強(qiáng)的代表性．