Question

5．在“測量小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，有兩個(gè)規(guī)格分別為“10Ω  1A”、“50Ω  2A”的滑動(dòng)變阻器，電源電壓為9V．

（1）本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該選擇規(guī)格為50Ω 2A的滑動(dòng)變阻器；
（2）圖甲中已有部分電路連好，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線將電路連接完整；
（3）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，則接下來的操作是調(diào)零．正確連接好電路，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數(shù)接近9V，電流表示數(shù)幾乎為0，電路的故障可能是燈泡斷路；
（4）排除電路故障后，閉合開關(guān)，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，多次測量，并繪制了通過小燈泡的電流隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為0.5W．在多次測量中還發(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（填“變大”、“變小”或“不變”），導(dǎo)致這一結(jié)果的原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而變大；
（5）整理器材時(shí)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)變阻器的PA部分比PB部分熱，原因是滑動(dòng)變阻器PA部分接入電路有電流通過由于電流熱效應(yīng)發(fā)熱，PB未接入電路，根據(jù)Q=I²Rt，兩部分的電流相同，通電時(shí)間相同，由于PA的電阻大于PB的電阻，所以PA部分產(chǎn)生的熱量多，比較熱．

Answer 1

分析 （1）已知燈泡額定電壓與燈泡阻值，由歐姆定律可以求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流；由串聯(lián)電路特點(diǎn)求出燈泡正常發(fā)光時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，根據(jù)該阻值選擇滑動(dòng)變阻器；
（2）根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表量程，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流確定電流表量程，把電流表、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，連線時(shí)要注意滑動(dòng)變阻器的接法；
（3）①由圖知，電流表指針沒有指在零刻度線上，使用電流表前應(yīng)對(duì)電流表進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，使指針指在零刻度線上；②閉合開關(guān)燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外的電路斷路；電流表無示數(shù)可能是電路斷路；電壓表示數(shù)接近9V，等于電源電壓，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：燈泡斷路；
（4）已知燈泡的額定電壓，通過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；
（5）根據(jù)焦耳定律結(jié)合串聯(lián)電路電流及電阻的關(guān)系進(jìn)行判斷．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)，電路中的電流：I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
則滑動(dòng)變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_L=9V-2.5V=6.5V，
此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6.5V}{0.25A}$=26Ω，大于滑動(dòng)變阻器“10Ω1A”的最大阻值，因此應(yīng)選規(guī)格為“50Ω2A”的滑動(dòng)變阻器；
（2）燈泡的額定電壓是2.5V，電壓表應(yīng)選0～3V量程，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，則電流表應(yīng)選0～0.6A量程，電流表、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電路圖如圖所示：

（3）①電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)先對(duì)電流表調(diào)零；②電路正確連接后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，發(fā)觀燈泡總不亮，且電流表無示數(shù)，但電壓表示數(shù)接近9V，則故障原因可能是燈泡斷路；
（4）①由圖象知，在額定電壓下，通過燈泡的電流為0.2A；
則燈泡的額定功率：P_額=U_額I=2.5V×0.2A=0.5W；
②燈絲的電阻隨溫度的升高而變大，所以電壓與電流的比值--電阻是變大的；
（5）滑動(dòng)變阻器PA部分接入電路有電流通過由于電流熱效應(yīng)發(fā)熱，PB未接入電路，根據(jù)Q=I²Rt，兩部分的電流相同，通電時(shí)間相同，由于PA的電阻大于PB的電阻，所以PA部分產(chǎn)生的熱量多，比較熱．
故答案為：
（1）50Ω 2A；
（2）見上圖；
（3）調(diào)零；燈泡斷路；
（4）0.5；變大；燈絲的電阻隨溫度的升高而變大；
（5）滑動(dòng)變阻器PA部分接入電路有電流通過由于電流熱效應(yīng)發(fā)熱，PB未接入電路，根據(jù)Q=I²Rt，兩部分的電流相同，通電時(shí)間相同，由于PA的電阻大于PB的電阻，所以PA部分產(chǎn)生的熱量多，比較熱．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路故障分析、求燈泡額定功率、燈泡電阻與溫度的關(guān)系、電功率的變化以及滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇，設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)多，綜合性較強(qiáng)，具有一定的代表性．