Question

1．小明要做“測定小燈泡功率”的實驗．

（1）被測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10?．電源電壓為6V，滑動變阻器三只：R₁（10? 2A）、R₂（50? 1A）、R₃（500? 1A）．滑動變阻器應選用R₂（選填R₁、R₂、R₃）；
（2）請按圖a的電路圖，用筆畫線代替導線將實物圖b連接完整，要求滑動變阻器向右移動燈泡變暗．
（3）在連接電路時，開關應斷開，滑動變阻器調至最大阻值處．閉合開關后，滑動變阻器移至某位置時電壓表的示數為2V，為了測量小燈泡的額定電功率，應將滑片P向A（選填“A”或“B”）端移動，使電壓表示數為2.5V．
（4）小明通過實驗得到數據如下表，請分析數據并回答：小燈泡的額定功率為0.5W．

實驗序號	1	2	3	4
小燈泡兩端電壓U/V	1.5	2.0	2.5	2.8
通過小燈泡的電流I/A	0.14	0.18	0.20	0.22
小燈泡的功率P/W	0.21	0.36		0.62
小燈泡的亮度	較暗	較亮	正常發(fā)光	很亮

結論為小燈泡的實際功率隨實際電壓增大而增大，小燈泡實際功率越大小燈泡越亮．小明又根據上述結論判斷出了兩個規(guī)格分別為“3.8V  0.3A”和“2.5V  0.3A”，外形相像，但規(guī)格標記模糊小燈泡，請寫出他一種的判斷方法：兩燈泡串聯(lián)，根據燈泡亮度可以辨別燈泡，燈泡更亮的是“3.8V0.3A”．
（5）小明根據上表多組實驗數據，作出了I-U圖象，如圖c所示．結果發(fā)現圖線不是直線，這表明燈泡的電流與電壓不成正比．小明很納悶，請你幫助他分析原因：燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（6）小明是個善于總結的學生，他發(fā)現只要將上述實驗中的小燈泡換做定值電阻，還可以完成其他實驗．他將這幾個實驗進行比較，請你將他表中沒填完的內容填完．

	R一定，探究I與U的關系	U一定，探究I與R的關系	測定值電阻的阻值	測量小燈泡的功率
原理	控制R不變	控制U不變	R=$\frac{U}{I}$	①
滑動變阻器主要作用	改變定值電阻兩端的電壓	②	改變定值電阻兩端的電壓	改變燈泡兩端的電壓
多測量的目的	找到R一定，I隨U的變化規(guī)律	找到U一定，I隨R的變化規(guī)律	③	④

Answer 1

分析 （1）選擇滑動變阻器的規(guī)格，要從電路需要滑動變阻器的最大電阻和電路通過的最大電流考慮：
滑動變阻器的最大阻值要稍大于電路需要滑動變阻器的最大阻值．滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路最大電流．
（2）電壓表與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器應與燈泡串聯(lián)，滑片P向右移動，燈泡變暗，滑片接入電路的阻值應變大，根據電路圖確定滑動變阻器的接法，把滑動變阻器與燈泡串聯(lián)接入電路．
（3）燈泡兩端電壓小于額定電壓，要測燈泡的額定功率，應增大燈泡兩端電壓，使燈泡兩端的電壓等于額定電壓，滑動變阻器接入電路的阻值應減小，根據滑動變阻器的接法判斷滑片的移動方向．
（4）在圖象上找到燈泡2.5V下的電流，根據P=UI計算額定功率．
燈絲的電阻受溫度影響很大，隨溫度的升高而增大．根據燈泡亮度辨別燈泡．
（5）根據燈絲的電阻隨溫度的升高而增大的特點進行分析．
（6）①測量小燈泡的功率是P=UI；
②根據控制變量法可知：探究U一定I與R的關系時，應控制U不變改變電阻的阻值；
③測定值電阻的阻值為了減小實驗誤差應多次測量求平均；
④由于小燈泡的電功率隨著發(fā)生變化，測量燈泡功率時多次測量是為了測出不同電壓下的電功率．

解答 解：（1）燈泡正常工作時電流為I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A．
測定燈泡功率的實驗中，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，根據串聯(lián)電路電壓特點得，燈泡正常工作時，
滑動變阻器電壓為：U'=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動變阻器電阻為：R'=$\frac{U′}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
滑動變阻器最大電阻稍大于電路需要的滑動變阻器電阻，“10Ω  0.5A”電阻太小，“500Ω  1A”電阻太大．“50Ω  0.5A”的滑動變阻器電阻和電流都合適．
（2）由圖可知：電壓表與燈泡并聯(lián)連接，把滑動變阻器串聯(lián)接入電路，滑片向右移動，滑動變阻器接入電路的阻值變大，燈泡變暗，則接滑動變阻器右下邊的接線柱，如圖：

（3）電壓表的示數為2V，燈泡兩端電壓小于額定電壓，要測燈泡的額定功率，應增大燈泡兩端電壓，使燈泡兩端的電壓等于額定電壓，減小滑動變阻器接入電路的阻值，由電路圖知，滑片應向A端移動；
（4）在圖象中查得，燈泡在2.5V下的電流為0.2A，
所以P_額=U_額I_額=2.5V×0.2A=0.5W．
由于兩燈泡串聯(lián)，通過燈泡的電流相等，燈泡實際功率越大，燈泡亮度越大，燈泡電阻越大，根據燈泡亮度可以辨別燈泡，根據R=$\frac{U}{I}$可知：“3.8V  0.3A”比“2.5V  0.3A”的阻值大；所以燈泡更亮的是“3.8V  0.3A”．
（5）由于燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，所以燈泡的電流與其兩端的電壓不成正比關系．
（6）①測量小燈泡的功率是：P=UI；
②根據控制變量法可知：探究UI與R的關系時，應調節(jié)滑動變阻器保持定值電阻兩端電壓不變，改變電阻的阻值；
③減小實驗誤差的方法是：多次測量求平均；故測定值電阻的阻值時應多次測量求平均是為了減小實驗誤差；
④改變小燈泡兩端的電壓小燈泡的實際功率隨之發(fā)生變化，改變小燈泡兩端電壓，是為了測出不同電壓下小燈泡的實際功率（或觀察在不同電壓下小燈泡的發(fā)光情況）．
故答案為：（1）R₂；（2）如上圖；（3）A；（4）兩燈泡串聯(lián)，根據燈泡亮度可以辨別燈泡，燈泡更亮的是“3.8V  0.3A”；（4）0.5；（5）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；（6）①P=UI；②保持定值電阻兩端電壓不變；③減小實驗誤差；④測出不同電壓下小燈泡的實際功率．

點評 本題綜合考查了電學的幾個實驗，重點、難點在于電壓表、電流表量程的選擇和滑動變阻器規(guī)格的選擇，關鍵是根據控制變量法分析各實驗的實驗過程．