Question

16．胡宇同學(xué)做測(cè)定“小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)驗(yàn)要求的滑動(dòng)變阻器、電表、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)若干．

（1）連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)．
（2）請(qǐng)用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，將圖乙中的實(shí)物電路連接完整（要求滑動(dòng)變阻器的滑片向左移燈變亮）；
（3）胡宇同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中連接好電路，他在閉合開(kāi)關(guān)前應(yīng)將滑片P置于B（選填“A”或“B”）端；胡宇同學(xué)連接好電路后，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)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(wú)示數(shù)，則故障原因可能是燈泡斷路（寫(xiě)一條即可）；
（4）胡宇同學(xué)排出故障后閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P到某處，電壓表的示數(shù)為2.2V，要測(cè)量燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片P向左端移動(dòng)（選填“左”或“右”）
（5）胡宇同學(xué)通過(guò)移動(dòng)滑片P，分別記下了多組對(duì)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(jì)算出小燈泡額定功率為0.5W，當(dāng)加在小燈泡兩端的電壓為1.5V時(shí)，通電1min小燈泡消耗的電能是13.5J；
（6）在測(cè)完小燈泡的功率之后，胡宇同學(xué)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(shí)驗(yàn)中若保持電壓表的示數(shù)為2V不變，為完成以上實(shí)驗(yàn)，則滑動(dòng)變阻器的最大阻值應(yīng)不小于40Ω．

Answer 1

分析 （1）連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)；
（2）滑動(dòng)變阻器應(yīng)與被控制用電器串聯(lián)，根據(jù)滑片移動(dòng)方向燈泡亮度變化確定其接線(xiàn)柱，根據(jù)電源電壓確定電壓表量程；
（3）為保證安全，閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移至最大阻值處，據(jù)此分析解答．
小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路發(fā)生斷路，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的電路斷路；
（4）燈泡電壓等于其額定電壓時(shí)正常發(fā)光，比較電壓表示數(shù)與額定電壓的大小，根據(jù)分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；
（5）讀出燈泡2.5V時(shí)的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算出其額定功率；由圖象確定U=1.5V時(shí)的電流值，由W=UIt計(jì)算通電1min小燈泡消耗的電能；
（6）根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律分析答題．

解答 解：
（1）為了保護(hù)電路，連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)；
（2）實(shí)驗(yàn)中，滑動(dòng)變阻器應(yīng)與燈泡串聯(lián)，從而控制燈泡亮度，滑片左移燈泡變亮，說(shuō)明電流變大，變阻器連入阻值減小，故應(yīng)將A接線(xiàn)柱接入電路；
電壓表與燈泡并聯(lián)測(cè)其兩端電壓，額定電壓為2.5V的小燈泡，所以電壓表使用0-3V量程．如圖所示：
；
（3）為了保護(hù)電路，閉合開(kāi)關(guān)前應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片置于B端，使其阻值最大；
小燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路可能發(fā)生斷路，電壓表有示數(shù)，說(shuō)明故障可能是與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路；
（4）電壓表示數(shù)為2.2V，小于燈的額定電壓，要使燈正常發(fā)光，應(yīng)增大燈的電壓，減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器連入電路中的電阻大小，所以滑片向左端移動(dòng)，直到電壓表示數(shù)為2.5V；
（5）由圖象知，燈泡的額定電壓U_額=2.5V對(duì)應(yīng)的電流是I_額=0.2A，
則燈泡的額定功率：P_額=I_額U_額=2.5V×0.2A=0.5W；
由圖象知電壓U=1.5V對(duì)應(yīng)的電流 I=0.15A，
通電1min小燈泡消耗的電能：W=UIt=1.5V×0.15A×60s=13.5J；
（5）電源電壓為6V，定值電阻兩端電壓為2V，則滑動(dòng)變阻器分壓為6V-2V=4V，
當(dāng)接入20Ω的電阻時(shí)變阻器連入阻值最大，由串聯(lián)電路特點(diǎn)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）斷開(kāi)；（2）見(jiàn)上圖；（3）B；燈泡斷路；（4）左；（5）0.5；13.5；（6）40．

點(diǎn)評(píng) 本題是測(cè)定“小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)，考查了實(shí)物連接、故障分析、電表讀數(shù)、功率和電能計(jì)算，實(shí)驗(yàn)操作等，還考查了對(duì)控制變量法的應(yīng)用，考查知識(shí)點(diǎn)多，綜合性強(qiáng)，是一道好題．