Question

10．測定“小燈泡電功率”實驗中，電源電壓為4.5V，小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為12Ω．
（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將如圖1中的實物電路連接完整．
（2）閉合開關(guān)前，如圖1中滑動變阻器的滑片P應(yīng)位于B（填“A”或“B”）．
（3）小葉同學(xué)閉合開關(guān)，移動滑片P到某一點時，電壓表示數(shù)（如圖2所示）為2.2V，若他想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖1中滑片P向A（選填“A”或“B”）端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
（4）小向同學(xué)移動滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成如圖3所示的I-U圖象，則小燈泡的額定功率是0.5W．小燈泡正常發(fā)光時電阻為12.5Ω，此時滑動變阻器的實際功率為0.4W．
（5）小勇同學(xué)在實驗中連接好電路，閉合開關(guān)，移動變阻器滑片P，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，原因可能是燈泡斷路（寫出一種即可）．
（6）小明同學(xué)采用額定電壓為3.8V小燈泡做實驗，他發(fā)現(xiàn)電壓表0-15V檔已壞，0-3V檔完好，他如何改進電路才能測出小燈泡的額定功率？將電壓表并聯(lián)在變阻器兩邊，移動滑片至指針為0.7伏時記下電流表的示數(shù)，然后利用P=UI可求得小燈泡的額定功率．
（7）小文同學(xué)利用如圖1所示電路中小燈泡換成定值電阻做“伏安法測電阻”實驗，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，測出通過電阻R的不同電流和對應(yīng)的電壓值，如表所示，則可計算出該電阻為4.9Ω（保留1位小數(shù)）．

U（V）	0.5	1.0	1.6	1.9	2.4	2.9
I（A）	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6

Answer 1

分析 （1）根據(jù)小燈泡額定電壓為2.5V可選擇電壓表量程，計算出燈泡正常發(fā)光時的大約電流值，判斷電流表的量程，滑動變阻器、電阻、電壓表連線不完整，把電流表、電阻串聯(lián)在電路中，電壓表并聯(lián)在電阻兩端；
（2）為保護電路，在閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動變阻器的滑片移至最大阻值處；
（3）根據(jù)圖2，確定電壓表的量程和分度值，讀出示數(shù)；
根據(jù)串分壓的知識，若要增大燈泡兩端的電壓，則應(yīng)減小滑動變阻器的阻值；
（4）根據(jù)圖象確定燈泡的額定電壓和額定電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定功率；根據(jù)R=$\frac{U}{I}$可求得小燈泡正常發(fā)光時電阻，已知電源電壓，根據(jù)串聯(lián)電路中電流處處相等，串聯(lián)分壓，可求得此時滑動變阻器的電壓，再利用P=UI可求得滑動變阻器的實際功率；
（5）分析電學(xué)問題時，出現(xiàn)電路圖和實物電路時首先要分析電路（分析電路時可以根據(jù)電流的方向入手），該題中若閉合開關(guān)，電流表無示數(shù)，且燈泡不發(fā)光，即表明電路中沒有電流，說明該電路是斷路；此時電壓表有示數(shù)，即說明此時電壓表測的不是用電器的電壓，而是電源電壓，故此時電壓表與電源相連的部分不可能發(fā)生斷路，故據(jù)此可判斷出是哪一部分出現(xiàn)了故障；
（6）可用電壓表先測滑動變阻器電壓，直到示數(shù)為電源電壓與燈泡額定電壓的差為止；
（7）根據(jù)R=$\frac{U}{I}$求得6次電阻的測量值，取平均值作為待測電阻的阻值．

解答 解：（1）小燈泡額定電壓為2.5V，電壓表選擇0～2.5V，燈泡正常發(fā)光時的大約電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，將電流表與燈泡串聯(lián)，并選擇0～0.6A的量程，如圖所示：

（2）由圖1知，滑動變阻器的下面接了左邊的A接線柱，在閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片移至最右端即B端，使其阻值最大；
（3）由圖2知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V；
要使燈泡兩端的電壓增大，應(yīng)減小滑動變阻器的阻值，將滑片向左滑動即A端滑動；
（4）由圖象知，當(dāng)U=2.5V，I=0.2A，則P₁=U_燈I=2.5V×0.2A=0.5W；
由I=$\frac{U}{R}$可得，小燈泡正常發(fā)光時電阻R=$\frac{{U}_{燈}}{I}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，
此時滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_燈=4.5V-2.5V=2V，
滑動變阻器的實際功率P₂=U_滑I=2V×0.2A=0.4W；
（5）若閉合開關(guān)，電流表無示數(shù)，且燈泡不發(fā)光，即表明電路中沒有電流，說明該電路是斷路；此時電壓表有示數(shù)，即說明此時電壓表測的不是用電器的電壓，而是電源電壓，故此時電壓表與電源相連的部分不可能發(fā)生斷路，即可判斷，此時可能是L₁發(fā)生斷路或電流表發(fā)生斷路；
（6）根據(jù)串聯(lián)分壓，調(diào)節(jié)滑片使滑動變阻器電壓為4.5V-3.8V=0.7V，此時燈泡的電壓就等于額定電壓．
所以正確實驗操作步驟：將電壓表并聯(lián)在變阻器兩邊，移動滑片至指針為0.7伏時記下電流表的示數(shù)．
然后利用P=UI可求得小燈泡的額定功率；
（7）由I=$\frac{U}{R}$可得，R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{0.5V}{0.1A}$=5Ω，R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{1.0V}{0.2A}$=5Ω，R₃=$\frac{{U}_{3}}{{I}_{3}}$=$\frac{1.6V}{0.3A}$≈5.3Ω，R₄=$\frac{{U}_{4}}{{I}_{4}}$=$\frac{1.9V}{0.4A}$≈4.75Ω，
R₅=$\frac{{U}_{5}}{{I}_{5}}$=$\frac{2.4V}{0.5A}$=4.8Ω，R₆=$\frac{{U}_{6}}{{I}_{6}}$=$\frac{2.9V}{0.6A}$≈4.8Ω．
R=$\frac{{R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}+{R}_{4}+{R}_{5}+{R}_{6}}{6}$=$\frac{5Ω+5Ω+5.3Ω+4.75Ω+4.8Ω+4.8Ω}{6}$≈4.9Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）B；（3）2.2；A；（4）0.5；12.5Ω；0.4W；（5）燈泡斷路；（6）將電壓表并聯(lián)在變阻器兩邊，移動滑片至指針為0.7伏時記下電流表的示數(shù)，然后利用P=UI可求得小燈泡的額定功率；（7）4.9．

點評 此題是測定“小燈泡電功率”的實驗，考查了電流表量程的選擇和連接，考查了電壓表的讀數(shù)及電功率的計算，還考查了滑動變阻器的使用，還涉及到了電路故障的分析，這些都是電學(xué)實驗中的重點知識，應(yīng)注意掌握．