Question

11．王剛同學做測定“小燈泡的電功率”實驗時，所用器材有電壓為6V的電源，額定電壓為2.5V的小燈泡，以及符合實驗要求的滑動變阻器、電表、開關(guān)和導線若干．

（1）請你根據(jù)圖甲中的電路圖，用筆畫線代替導線，將圖乙中的實物電路連接完整（要求滑動變阻器的滑片向左移燈變亮）；
（2）王剛連接好電路后，閉合開關(guān)，移動滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，則故障原因可能是燈泡斷路（寫一條即可）；
（3）王剛排除故障后閉合開關(guān)，移動滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2V，要測量燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向A端滑動（選填“左”或“右”）；
（4）王剛通過移動滑片P，分別記下了多組對應(yīng)的電壓表和電流表的讀數(shù)，并繪制成了圖丙所示的U-I圖象．根據(jù)U-I圖象提供的信息，計算出小燈泡額定功率為0.5W，當加在小燈泡兩端的電壓為1.5V時，通電1min小燈泡消耗的電能是13.5J；
（5）在測完小燈泡的功率之后，王剛接著探究“電流與電阻的關(guān)系”．他將原電路中的小燈泡取下，并先后換接阻值分別為5Ω、10Ω和20Ω的定值電阻，實驗中若保持電壓表的示數(shù)為2V不變，為完成以上實驗，則滑動變阻器的最大阻值應(yīng)不小于40Ω．

Answer 1

分析 （1）由電路圖可知，滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，電壓表測量燈泡兩端的電壓；
（2）電流表無示數(shù)，說明電路斷路，電壓表有示數(shù)，說明燈泡之外的電路完好，燈不亮說明燈泡斷路；
（3）燈泡兩端電壓小于額定電壓，滑片應(yīng)向A移動，直至燈泡電壓為額定電壓2.5V為止．
（4）由圖象求出額定電壓U對應(yīng)的電流I，由P=UI求出功率；根據(jù)燈絲的電阻隨溫度的升高而增大的特點分析電阻的變化原因．當加在小燈泡兩端的電壓為1.5V時，由圖丙可知電流大小，再利用W=UIt可求電能；
（5）應(yīng)用串聯(lián)電路特點與歐姆定律分析答題．

解答 解：（1）將電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，由滑動變阻器的滑片向左移燈變亮，將滑動變阻器的A接線柱與小燈泡左端接線柱相連，如圖：

（2）電流表無示數(shù)，說明電路斷路，電壓表于燈泡并聯(lián)，有示數(shù)，說明燈泡之外的電路沒有斷路，又因為燈泡不亮，所以燈泡斷路；
（3）移動滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2V，燈泡兩端電壓小于額定電壓，所以滑動變阻器的滑片應(yīng)向A端移動，以增大燈泡兩端的電壓，直至電壓表示數(shù)達到燈泡的額定電壓2.5V為止；
（4）由圖丙知，當U=2.5V時，I=0.2A，所以P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
當加在小燈泡兩端的電壓為1.5V時，小燈泡的電流為0.15A，
通電1min小燈泡消耗的電能：W=UIt=1.5V×0.15A×1×60s=13.5J；
（5）電源電壓為6V，定值電阻兩端電壓為2V，則滑動變阻器分壓為6V-2V=4V，
當接入20Ω電阻時，由串聯(lián)電路特點知：I_R=I_滑，
由歐姆定律有：$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{2V}{20Ω}$=$\frac{4V}{{R}_{滑}}$，解得：R_滑=40Ω，即變阻器最大阻值應(yīng)不小于40Ω．
故答案為：（1）如上圖；（2）燈泡斷路；（3）A；（4）0.5；13.5；（5）40．

點評 本題是測定“小燈泡電功率”的實驗，考查了故障分析、電表讀數(shù)、功率計算，實驗操作等，還考查了對控制變量法的應(yīng)用，考查知識點多，綜合性強，是一道好題．