Question

5．在一次測(cè)量小燈泡額定功率的實(shí)驗(yàn)中，所用電源由兩節(jié)新干電池串聯(lián)組成，小燈泡上標(biāo)有“2.5V”字樣（小燈泡額定功率約為0.6W），小剛連接了如圖甲所示的電路．

（1）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將甲圖中的實(shí)物電路連接完整，要求：滑片向左滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變大．
（2）正確連接電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)幾乎為零，燈泡不發(fā)光，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能是燈泡斷路．
（3）待改接好電路后，小剛同學(xué)移動(dòng)滑片P，記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖乙中的A所示的圖象，根據(jù)圖象信息，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.625W，該圖象不是直線，主要原因是燈絲電阻受溫度的影響；
（4）另外一組同學(xué)用相同的器材也做這實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)繪出的I一U圖象如圖乙中的B所示，并計(jì)算出小燈泡的額定功率為0.25W，老師指出他們實(shí)驗(yàn)過程中有錯(cuò)誤，你認(rèn)為他們的錯(cuò)誤是電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端．此時(shí)小燈泡的實(shí)際功率為0.05W．
（5）實(shí)驗(yàn)過程中，小明這組的電流表燒壞，老師另給了一只電阻箱，他利用電阻箱和余下部分器材設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，也測(cè)出了小燈泡的額定功率．小明的實(shí)驗(yàn)方法如下：
①根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路；
②只閉合開關(guān)S₁、S₂，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為2.5V；
③斷開S₃，閉合S₂，調(diào)節(jié)電阻箱，達(dá)到步驟②中同樣的效果，讀出此時(shí)電阻箱的電阻為R．
④燈泡的額定功率P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器采用一上一下的接法；
（2）電壓表有示數(shù)說明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，小燈泡不亮、電流表的示數(shù)為零說明電路斷路，即電壓表并聯(lián)的部分?jǐn)嗦罚?br />（3）從圖象上找到額定電壓對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，讀出對(duì)應(yīng)的電流，利用P=UI計(jì)算額定功率；該圖象不是直線，即電壓和電流的比值也就是電阻不是定值，是因?yàn)殡娮璐笮∨c溫度有關(guān)．
（4）電壓表并聯(lián)在燈泡兩端時(shí)，隨著電流的增大，燈泡兩端的電壓增大，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，變阻器兩端的電壓會(huì)隨之減�。�根據(jù)P=UI求出功率；
（5）將燈與變阻器串聯(lián)接入電路中，首先移動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為燈的額定電壓2.5V，燈正常發(fā)光；在沒有電流表的情況下，要測(cè)燈的額定功率，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，求出燈正常發(fā)光時(shí)的電阻大小即可，為求出燈正常發(fā)光時(shí)的電阻大小，根據(jù)等效替代法，再將電阻箱與變阻器串聯(lián)接入電路，通過調(diào)節(jié)電阻箱旋鈕，使電壓表示數(shù)保持不變，則此時(shí)電阻箱連入電路的阻值R₀即為燈正常發(fā)光時(shí)的電阻大小．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器采用一上一下的接法，滑片向左滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變大，則滑動(dòng)變阻器的右下方接線柱與燈泡右接線柱相連，如圖：
；
（2）小燈泡突然熄滅，檢查發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)為零，電壓表的示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表并聯(lián)的部分?jǐn)嗦�，電路的故障可能是小燈泡斷路�?br />（3）由圖象知，當(dāng)燈的電壓是2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流值為0.25A，額定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
小燈泡的電流隨電壓變化的圖象不是一條直線，說明小燈泡的電阻不是定值，并且燈絲的電阻隨電壓的增大而升高，即燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（4）圖中的B圖象，隨著電流的增大，電壓減小，正好與A圖象相反，符合滑動(dòng)變阻器兩端電壓的變化規(guī)律，因此電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端．
此時(shí)燈泡兩端的電壓為0.5V，電路中的電流為0.1A，則其功率為：P=UI=0.5V×0.1A=0.05W；
（5）在上面分析的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)方案如下：①閉合開關(guān)S₁，S₃，移動(dòng)變阻器的滑片P，使電壓表示數(shù)為2.5V；
③利用測(cè)量出的物理量及已知量，則小燈泡額定功率的表達(dá)式P=$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．
故答案為：（1）如圖；（2）燈泡斷路；（3）0.625；燈絲電阻受溫度的影響；（4）電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端；0.05；（5）②電壓表示數(shù)為2.5V；③電阻箱；④$\frac{{（2.5V）}^{2}}{R}$．

點(diǎn)評(píng) 本題 測(cè)定額定電壓為2.5V小燈泡的電功率，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、額定功率的計(jì)算，決定燈亮度的因素、等效替代法及在沒有電壓表情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)額定功率的能力，有一定難度．