Question

20．在測2.5V小燈泡（電阻大約為10Ω左右）額定功率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明連接了如圖甲所示的電路，其中電源電壓為6V．
（1）在連接電路時(shí)，開關(guān)必須斷開．請將實(shí)物電路連接完整（要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈變亮）．
（2）若在連接電路時(shí)，有A （10Ω 1A）和B （20Ω 1A）兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇，則應(yīng)該選擇變阻器B（填“A”或“B”）連入電路，才能保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行．

（3）小明合理地連接好電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器燈泡都不亮．小明分析后發(fā)現(xiàn)是燈泡的故障．請你依據(jù)表一中電流表、電壓表示數(shù)出現(xiàn)的幾種情況，幫小明判斷故障原因，并將其填寫在表一對(duì)應(yīng)的空格中．
表一：

電流表	電壓表	故障原因
示數(shù)不為0	示數(shù)為0
示數(shù)為0	示數(shù)不為0

表二：

U/V	I/A	P/W	燈泡亮度
2	0.25	0.5	暗
2.5			亮
2.8	0.32	0.896	很亮

（4）排除故障后，小明調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置，使小燈泡兩端電壓分別為2V、2.5V、2.8V，依次測出通過小燈泡的電流，并觀察發(fā)光情況，記錄在表二中．當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)小燈泡電阻是8.33Ω（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．小燈泡的額定功率是0.75W．
（5）分析表格中的數(shù)據(jù)可知燈泡的亮度由實(shí)際功率決定．
（6）將圖甲中的小燈泡更換成定值電阻（有多種阻值電阻可選用）后，下列實(shí)驗(yàn)還可以完成的是C．
①探究電流的磁場強(qiáng)弱與電流大小的關(guān)系    ②探究電流與電壓的關(guān)系
③探究電流產(chǎn)生的熱量與電流的關(guān)系        ④探究電流與電阻的關(guān)系
A．①②．   B．②③④．    C．②④．     D．③④

Answer 1

分析 （1）連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開；實(shí)驗(yàn)中電流表、滑動(dòng)變阻器、燈泡串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，根據(jù)燈泡額定電壓選擇電壓表量程，根據(jù)燈泡正常工作時(shí)的電流選擇電流表量程，滑動(dòng)變阻器的滑片右移動(dòng)時(shí)小燈變亮，選擇滑動(dòng)變阻器的接線柱；
（2）燈泡正常發(fā)光時(shí)，由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算滑動(dòng)變阻器連入阻值，從而選擇合適的規(guī)格；
（3）燈泡不亮可能是電路斷路或燈泡短路：如果燈泡斷路，電流表無示數(shù)，電壓表串聯(lián)在電路中，測電源電壓；如果燈泡以外的電路斷路，電流表無示數(shù)，電壓表也無法測電壓，電壓表示數(shù)為0；如果燈泡短路，電路是通路，電流表有示數(shù)，電壓表測導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0．
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)小燈泡電阻，根據(jù)P=UI求出小燈泡的額定功率．
（5）分析表中數(shù)據(jù)找出決定燈泡亮度的因素．
（6）已知電阻值，電路可測電阻兩端的電壓，流過電阻的電流，據(jù)此判斷可完成哪個(gè)實(shí)驗(yàn)．

解答 解：（1）為了保護(hù)電路，連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開；
測燈泡功率的實(shí)驗(yàn)中，電流表、滑動(dòng)變阻器、燈泡串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，燈泡額定電壓2.5V，所以電壓表選擇0-3V量程，
燈泡正常工作時(shí)的電流約I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.2A，所以電流表選擇0-0.6A量程，滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈變亮，所以應(yīng)將滑動(dòng)變阻器B接線柱接入電路，如圖所示：
；
（2）燈泡正常發(fā)光時(shí)，燈泡兩端電壓2.5V，
滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.2A}$=17.5Ω，所以應(yīng)選擇20Ω 1A的滑動(dòng)變阻器；
（3）①燈泡燈絲斷了，電路斷路，電流表示數(shù)為0，電壓表串聯(lián)在電路中，測電源電壓，示數(shù)不為0，
②燈泡短路，電路是通路，電流表有示數(shù)，電壓表測導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0，
③滑動(dòng)變阻器開路，電路斷路，電流表示數(shù)為0，電壓表無法測電壓，示數(shù)為0．

電流表	電壓表	故障原因
示數(shù)不為0	示數(shù)為0	燈泡短路
示數(shù)為0	示數(shù)不為0	燈泡斷路

（4）電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以燈泡正常工作時(shí)的電流為0.3A；
此時(shí)小燈泡電阻為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.33Ω；
小燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（5）由表知，隨燈泡電壓U的增大，流過燈泡的電流I增大，燈泡逐漸變亮，燈泡的實(shí)際功率P=UI增大；
由此可見：小燈泡的亮暗由小燈泡的實(shí)際功率決定．
（6）把小燈泡換成定值電阻后，電阻阻值R，已知，由電壓表可測出電阻兩端的電壓U，電流表可測流過電阻的電流，因此利用該電路可完成“探究電流與電壓的關(guān)系”關(guān)系實(shí)驗(yàn)，故選C．
故答案為：
（1）斷開；見上圖；
（2）B；
（3）見上表格；
（4）8.33；0.75．
（5）實(shí)際功率；（6）C．

點(diǎn)評(píng) 本實(shí)驗(yàn)考查了電路連接、求燈泡額定功率、決定燈泡亮度的因素、電路故障的分析等，考查內(nèi)容較多；分析表中所給數(shù)據(jù)，由表中數(shù)據(jù)獲取所需信息是解題的關(guān)鍵；要加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)．