Question

4．在“測量小燈泡的電功率”的實驗中，選用如圖甲所示的器材，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）．
（1）為了能夠順利完成實驗探究，下列兩種規(guī)格的滑動變阻器應(yīng)選用B．
A．“10Ω0.5A”的滑動變阻器．B．“50Ω  0.5A”的滑動變阻器．
（2）用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲所示的實物電路連接完整．
（3）根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，繪制小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關(guān)系圖象，分析圖象可知：小燈泡的額定功率為0.5W．
（4）實驗中觀察到：當(dāng)小燈泡兩端電壓低于0.5V時小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因?qū)嶋H電功率太�。�
（5）完成上述實驗后，小華在缺少電壓表的情況下，根據(jù)繪制出的小燈泡電流與電壓關(guān)系圖象設(shè)計出了一個測未知定值電阻的電路，如圖丁所示，請根據(jù)電路圖寫出其中一次測量的實驗步驟①開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A②開關(guān)S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數(shù)I表達(dá)式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

Answer 1

分析 （1）由串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算燈泡正常發(fā)光時變阻器連入的阻值，從而確定變阻器的規(guī)格；
（2）連接實物圖，要確定電流表的量程，知道燈泡電壓和電阻，根據(jù)歐姆定律來確定電流表量程，滑動變阻器已經(jīng)連接好．
（3）由圖象讀出燈泡電壓為2.5V時的電流，由P=UI計算其額定功率；
（4）燈泡亮度由實際功率決定，由此分析解答；
（5）根據(jù)計算電阻的公式R=$\frac{U}{I}$，要分別找出電阻兩端電壓，和通過電阻的電流，結(jié)合電路圖確定實驗步驟．

解答 解：
（1）測量小燈泡的電功率實驗中，燈泡L與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，電流表測電路中電流，
由題知燈泡正常發(fā)光時電路中電流約為：I=$\frac{U}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，由串聯(lián)電路特點可知：
I=I_R=I_L=0.21A，
此時變阻器連入阻值：R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.21A}$≈16.7Ω，
所以應(yīng)選擇滑動變阻器的規(guī)格為50Ω 0.5A；
（2）由（1）可知，I=0.21A，電流表選擇小量程即可，將電流表0.6A接線柱與燈泡左端接線柱連接即可，如下圖所示：

（3）由圖象可知，當(dāng)燈泡電壓為2.5V時的電流為0.2A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）根據(jù)燈泡的亮度由實際功率決定，由圖象知，當(dāng)燈泡兩端電壓小于0.5V時，電流為0.1A，由P=UI知燈泡實際功率非常小，所以燈泡不發(fā)光；
（5）根據(jù)電阻計算公式R=$\frac{U}{I}$，需要找出電阻兩端電壓，通過電阻的電流，結(jié)合電路圖步驟如下：
①開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；
②開關(guān)S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數(shù)I；
根據(jù)圖象丙，當(dāng)通過燈泡電流為0.25A時，燈泡兩端電壓U=2.5V，由并聯(lián)電壓規(guī)律U_x=U_燈=2.5V，當(dāng)開關(guān)S₁斷開，S₂閉合時，電流表測總電流，由并聯(lián)電流規(guī)律I_x=I-0.25A，
Rx=$\frac{{U}_{x}}{{I}_{x}}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．
故答案為：（1）B；（2）見上圖；（3）0.5；（4）實際電功率太小；
（5）①開關(guān)S₁閉合，S₂斷開，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；
②開關(guān)S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數(shù)I；
③$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

點評 本題考查了滑動變阻器的選擇、實物圖的連接、實驗操作、歐姆定律的應(yīng)用、電表的讀數(shù)、電路故障判斷、功率計算等知識點，考查的知識點較多，要求學(xué)生有較強(qiáng)的能力．