Question

4．一個額定電壓是2.5V的小燈泡，其正常工作時電阻約10Ω．小明想測定這個小燈泡的額定功率，實驗室中有如下器材：電流表、電壓表、開關(guān)各一個，三個規(guī)格分別為A：“5Ω 1A”，B：“20Ω  0.5A”，C：“l(fā)kΩ 1A”的滑動變阻器，導(dǎo)線若干，電源（電壓為6V）．

（1）小明設(shè)計了如圖甲所示電路圖，通過分析你認(rèn)為小明應(yīng)選用規(guī)格為B（選填A(yù)/B/C）的滑動變阻器．正確連好電路后，閉合開關(guān)前應(yīng)把滑動變阻器滑片的位置調(diào)到最右邊．（填寫“最左邊”或“最右邊”）
（2）圖乙已連接了部分電路．請你根據(jù)圖甲所示電路圖．用筆畫線代替導(dǎo)線，將電路連接完整．
（3）小明正確選擇了滑動變阻器，按圖甲的電路圖連接好電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)，電壓表示數(shù)為6V．原因是燈泡斷路了．
（4）小明排除故障后，繼續(xù)實驗．當(dāng)電壓表的示數(shù)為2.5V時．電流表的示數(shù)（如圖丙所示），小燈泡的額定功率是0.75 W．
（5）小明根據(jù)測量燈泡實際功率的多組實驗數(shù)據(jù)，作出了I-U圖象，如圖丁所示．結(jié)果發(fā)現(xiàn)圖線不是直線，這表明燈泡的電流與電壓不成（填“成”或“不成”）正比，這是因為燈絲電阻隨溫度變化而變化．
（6）小明將原電路中的小燈泡更換成定值電阻R，重復(fù)實驗步驟，記錄電壓表示數(shù)U與電流表示數(shù)I，他以U為縱坐標(biāo)、$\frac{1}{I}$為橫坐標(biāo)作出圖象，圖象戊大致符合要求的是第二個圖象．

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，從而確定其規(guī)格；閉合開關(guān)前應(yīng)把滑動變阻器滑片的位置調(diào)到最大值處；
（2）根據(jù)電路圖連接實物，根據(jù)燈泡額定電壓選擇電壓表量程；
（3）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)，電路可能出現(xiàn)的斷路，再由電壓表示數(shù)情況分析判斷故障；
（4）由電流表讀出電流表示數(shù)I，由公式P=UI可求出燈泡的功率；
（5）圖象不是直線，說明電壓與電流不成正比；這是因為燈絲電阻與溫度有關(guān)；
（6）由歐姆定律知，電阻一定時，通過導(dǎo)體的電流與其兩端電壓成正比，由此分析$\frac{1}{I}$與U關(guān)系．

解答 解：
（1）當(dāng)燈泡正常發(fā)光時兩端電壓為2.5V，其正常工作時電阻約10Ω，
由串聯(lián)電路的特點和歐姆定律可得此時電路中電流約為：
I=I_滑=I_L=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
所以滑動變阻器此時連入電路的阻值：R=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{U-{U}_{額}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω，故應(yīng)選擇“20Ω 0.5A”的B滑動變阻器；
為了保護(hù)電路，正確連好電路后，閉合開關(guān)前應(yīng)把滑動變阻器滑片的位置調(diào)到最大值即最右邊；
（2）由電路圖知，電流表與燈泡串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)，小燈泡額定電壓是2.5V，所以電壓表應(yīng)使用0-3V量程，實物連接如圖所示：
；
（3）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)，電路可能出現(xiàn)的斷路，電壓表示數(shù)等于電源電壓6V，說明電壓表與電源間是通路并且測電源電壓，所以故障的原因是燈泡斷路了；
（4）小燈泡的額定電壓U=2.5V，由圖丙知，電流表量程為0.6A，最小分度值是0.02A，所以電流表示數(shù)I=0.30A，
則小燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.30A=0.75W；
（5）小燈泡的I-U圖象不是直線，這表明燈泡的電流與電壓不成正比，這是因為燈絲電阻隨溫度變化而變化；
（6）小燈泡更換成定值電阻R，進(jìn)行實驗時，由R=$\frac{U}{I}$=U•$\frac{1}{I}$可知，U與$\frac{1}{I}$是反比關(guān)系，由圖戊知，大致符合題意的是第二個圖象．
故答案為：（1）B；最右邊；（2）見上圖；（3）燈泡斷路了；（4）0.75；（5）不成；燈絲電阻隨溫度變化而變化；（6）第二個圖象．

點評 本題考查了實驗器材的選擇、實物連接、電路故障分析、求燈泡功率、影響燈泡電阻的因素等問題，連接實物電路圖時，要注意電表量程的選擇，注意電表正負(fù)接線柱不要接反．