Question

9．如圖所示，小明在進(jìn)行“測量小燈泡電功率”的實驗，他已連接了部分電路．已知電源電壓恒為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V．
（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖示電路連接完整；
（2）連接好電路后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，此時電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)為零，則出現(xiàn)故障的原因可能是燈泡斷路；

實驗次數(shù)	電壓表示數(shù)U/V	電流表示數(shù)I/A
1	2.0	0.17
2	2.5	0.20
3	3.0	0.22

（3）排除故障后繼續(xù)實驗時，小明移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)為2V，要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)將滑動變阻器的滑片向左移動（選填“左”或“右”）．
（4）小明將實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中，則燈泡的額定功率是0.5W；當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器接入電路的電阻為2.5Ω；由實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)通過燈泡的電流與其兩端的電壓不成正比關(guān)系，這是由于燈絲的電阻隨溫度的變化而改變；
（5）小明想通過實驗來比較燈泡“實際電壓是額定電壓一半時的電功率P₁”和“實際電流是額定電流一半時的電功率P₂”的大小，但小明的同學(xué)沒有通過實驗也比較出了它們的大小，P_1大于P₂（選填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

分析 （1）變阻器按一上一下接入電路中，與燈串聯(lián)；
（2）若電流表示數(shù)為0，燈不亮，說明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
（3）燈在額定電壓下正常發(fā)光，比較電壓表的示數(shù)和燈的額定電壓大小，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理，確定滑片移動的方向；
 （4）確定額定電壓時的電流，根據(jù)P=UI計算出額定電功率；根據(jù)串聯(lián)電路的規(guī)律和歐姆定律的變形公式R=$\frac{U}{I}$計算出變阻器的電阻值；
由歐姆定律，根據(jù)燈絲的電阻隨溫度的升高而增大分析回答；
（4）因為P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時的實際功率等于額定功率的四分之一，實際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電阻小于正常工作的電阻，此時燈泡實際功率大于額定功率的四分之一；
如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時，燈泡實際功率等于額定功率的四分之一，實際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時的電阻，則燈泡實際功率小于額定功率的四分之一．

解答 解：（1）滑動變阻器串聯(lián)在電路中，已接了下面一個接線柱，可再接上面任意一個接線柱，如圖所示：

（2）經(jīng)分析，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，此時電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)為零，則出現(xiàn)故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）燈在額定電壓下正常發(fā)光，電壓表的示數(shù)為2V小于燈的額定電壓，要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)增大燈的電壓，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律應(yīng)減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)將滑動變阻器連入電路 中的電阻變小，即滑片向左移動；
（4）由表格中數(shù)據(jù)知，當(dāng)U=2.5V時，I=0.20A，則額定功率：
P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，燈正常發(fā)光時，變阻器的電壓：
U_滑=3V-2.5V=0.5V，
由I=$\frac{U}{R}$，滑動變阻器的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{0.5}{0.2A}$=2.5Ω；
由于燈絲電阻隨溫度的變化而變化不是一個定值，根據(jù)U=IR，通過燈泡的電流與其兩端的電壓不成正比關(guān)系；
（4）因為P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，所以燈泡實際電壓為其額定電壓一半時的電阻小于正常發(fā)光時電阻，它的實際功率：
P₁＞$\frac{1}{4}$P_額；------①
因為P=I²R
所以實際電流等于額定電流一半時的電阻小于正常發(fā)光時電阻，實際功率：
P₂＜$\frac{1}{4}$P_額，------②
由①②得：P₁＞P₂．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）左；（4）0.5；2.5；燈絲的電阻隨溫度的變化而改變；（4）大于．

點評 本題測量小燈泡電功率，考查了連接實物電路圖、實驗故障分析、操作過程、溫度對燈絲電阻的影響、歐姆定律的應(yīng)用及電功率大小的比較．有一定難度．