Question

3．如圖甲是小明和同學(xué)做“測(cè)定小燈泡額定電功率”實(shí)驗(yàn)的電路，電源電壓為6V，已知小燈泡正常工作時(shí)的電壓為2.5V，正常發(fā)光時(shí)燈絲的電阻約為10Ω．
（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線把未連接完的實(shí)物電路連接成正確的完整電路（要求：導(dǎo)線不交叉且滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)燈泡變亮）．

（2）閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于A 端（選填“A”或“B”）．若實(shí)驗(yàn)室有三種規(guī)格的滑動(dòng)變阻器，分別是甲“10Ω 1A”、乙“20Ω  0.5A”、丙“50Ω  0.2A”，則小明應(yīng)選用乙（選填“甲”、“乙”或“丙”）．
（3）若閉合開關(guān)，燈炮不亮，經(jīng)檢查燈絲斷了，則電流表指針偏轉(zhuǎn)情況是無(wú)偏轉(zhuǎn)；電壓表指針偏轉(zhuǎn)情況是超滿偏，電壓表燒壞．
（4）更換相同規(guī)格燈泡后，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片在某一位置時(shí)，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，為了使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)將滑片向右（選填“左”或“右”）移動(dòng)；小明進(jìn)一步測(cè)量并描繪出小燈泡的電流隨電壓變化的曲線如圖丙所示，通過圖象可知小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電功率為0.75W．
（5）另一位同學(xué)在連接好電路后，閉合開關(guān)，在移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片P的過程中發(fā)現(xiàn)：燈泡變亮?xí)r電壓表示數(shù)變��；燈泡變暗時(shí)，電壓表示數(shù)變大．經(jīng)檢查所用器材完好，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)了．
（6）他們繼續(xù)用上圖所示裝置來(lái)探究“電流與電壓的關(guān)系”．首先把5Ω的電阻接入原來(lái)小燈泡的位置，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器依次測(cè)得數(shù)據(jù)如表一所示．由表一可歸納出：在電阻不變的情況下，導(dǎo)體中的電流跟它兩端的電壓成正比．接著他們探究“電流與電阻的關(guān)系”．其操作步驟是分別把5Ω、10Ω、15Ω的電阻接入原小燈泡的位置，立即閉合開關(guān)記錄讀數(shù)如表二所示．由表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過導(dǎo)體的電流跟它的電阻不成反比，其原因可能是遺漏了重要的操作步驟，此步驟是：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使定值電阻兩端的電壓相等．
表一

次數(shù)	電阻R=5Ω
	電壓U/V	電流I/A
1	1.0	0.2
2	1.5	0.3
3	2.0	0.4

表二

次數(shù)	電阻R/Ω	電流I/A
1	5	0.24
2	10	0.20
3	15	0.16

Answer 1

分析 （1）根據(jù)滑片向右燈泡變亮確定下面所接接線柱；
（2）為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片移至最大阻值處；
計(jì)算出燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器的電阻，分析得出結(jié)論；
（3）若電路斷路，則電路中沒有電流，斷開電路兩端的電壓約等于電源電壓；
（4）根據(jù)圖乙讀出電壓表的示數(shù)，要使燈泡兩端的電壓增大，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器的阻值；
根據(jù)圖示確定電壓為2.5V時(shí)的電流，由P=UI計(jì)算出電功率的值；
（5）根據(jù)串分壓的知識(shí)和及歐姆定律進(jìn)行分析，滑動(dòng)變阻器的電阻變大，其兩端的電壓會(huì)變大，燈泡兩端的電壓會(huì)變小；
（6）在電阻不變時(shí)，$\frac{U}{I}$的比值是定值，電流跟電壓成正比，否則不成正比．
由歐姆定律知，電壓一定時(shí)，電流跟電阻成反比，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電流跟電阻不成反比，沒有控制好前提條件不變．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器滑片向右移動(dòng)燈泡變亮，滑動(dòng)變阻器的電阻應(yīng)變小，所以下面應(yīng)接右邊的接線柱，如圖所示：

（2）滑動(dòng)變阻器的下面接了右邊的接線柱，所以應(yīng)將滑片移至最左端即A端，使其阻值最大；
當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，變阻器兩端的電壓U_滑=6V-2.5V=3.5V；
額定電流大約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
此時(shí)滑動(dòng)變阻器的電阻應(yīng)為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；甲的電阻太小，丙的電阻太大，乙比較適合；
（3）若燈絲斷了，則電路中無(wú)電流，電壓表兩端的電壓等于電源電壓；
由于電壓表的量程為0～3V，電源電壓為6V，所以電壓表將被燒壞；
（4）由圖乙所示，燈泡兩端的電壓等于2.2V，低于額定電壓，要使燈泡正常發(fā)光，需減小滑動(dòng)變阻器的阻值，將滑片向右端滑動(dòng)；
由圖丙知，當(dāng)U=2.5V時(shí)，電流I=0.3A，所以額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（5）燈泡變亮，說(shuō)明電流變大，此時(shí)燈泡兩端的電壓變大，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓變小，電壓表的示數(shù)變小，說(shuō)明電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)了；
（6）由表一得：$\frac{U}{I}$=定值，所以在電阻一定時(shí)，電流跟電壓成正比．
探究電流跟電阻關(guān)系時(shí)，要保持電壓不變．
實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別把5Ω、10Ω、15Ω電阻接入原燈泡位置，立即閉合開關(guān)，原燈泡位置接入的電阻越大，分擔(dān)的電壓越大，沒有保持電阻兩端的電壓不變，所以得到電流跟電阻不成反比．
實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該把5Ω、10Ω、15Ω電阻接入原燈泡位置時(shí)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片，使定值電阻兩端電壓相等．
故答案為：（1）見上圖；（2）A；乙；（3）無(wú)偏轉(zhuǎn)；超滿偏，電壓表燒壞；（4）右；0.75；（5）電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)了；（6）正；調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，使定值電阻兩端的電壓相等．

點(diǎn)評(píng) 本題是測(cè)量小燈泡功率的實(shí)驗(yàn)，考查了滑動(dòng)變阻器的應(yīng)用，電表的讀數(shù)及電功率的計(jì)算，并且涉及到研究電流與電壓關(guān)系中控制變量法的應(yīng)用．