Question

圖甲是測(cè)量標(biāo)有“2.5V”字樣的小燈泡電功率的電路圖

（1）連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)處于

 

狀態(tài)，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移到最

 

（左/右）端；
（2）在實(shí)驗(yàn)中，靜菲同學(xué)正確連接電路并規(guī)范操作實(shí)驗(yàn)，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，為了找出燈泡不亮的具體原因，接下來最應(yīng)該進(jìn)行的具體操作是

 

；
（3）在排除問題后，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.5V時(shí)，電流表的示數(shù)如圖乙所示，是

 

A，由此可得，該小燈泡的額定電功率為

 

W；
（4）實(shí)驗(yàn)中志乾同學(xué)的電流表?yè)p壞了，老師告訴他已經(jīng)沒有電流表可換，而給了他一個(gè)已知阻值為R的定值電阻和若干個(gè)開關(guān)，志乾重新設(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路，測(cè)量小燈泡的額定功率．請(qǐng)你幫他補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)步驟和表達(dá)式：①按照電路圖正確連接電路；②斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S、S₁，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使得

 

；③保持滑片位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，記下電壓表的時(shí)數(shù)為U₂；則測(cè)得小燈泡額定功率的表達(dá)式為P=

 

（電源電壓未知）；
（5）志乾經(jīng)過進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，小燈泡燈絲電阻隨溫度的升高而增大，他還想比較以下兩種情況下燈泡實(shí)際電功率的大小關(guān)系：①燈泡實(shí)際電壓為額定電壓一半時(shí)的實(shí)際電功率P₁；②燈泡實(shí)際電流為額定電流的一半時(shí)的實(shí)際電功率P₂；利用所學(xué)物理知識(shí)請(qǐng)你幫他比較出P₁與P₂之間正確關(guān)系應(yīng)該為：P₁

 

P₂（大于/小于/等于）．
（6）若用阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω定值電阻分別代替圖甲中的小燈泡，還可以完成“探究電流與電阻關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中始終保持電壓表示數(shù)為3V，為能完成探究，則滑動(dòng)變阻器最大阻值至少為

 

Ω（設(shè)此時(shí)電源電壓為6V且恒定不變）．

Answer 1

分析：（1）為防止電流過大，連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)移到最大阻值處；
（2）閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電路故障可能是斷路、燈泡短路或電路中電流太小；因此不用更換燈泡，根據(jù)可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，分析電阻過大的原因，然后進(jìn)行下一步操作；
（3）確定電流表的量程和分度值，讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)P=UI計(jì)算出小燈泡的額定功率；
（4）要測(cè)量小燈泡的功率，需測(cè)量出小燈泡的電壓和電流，由圖知，根據(jù)燈泡兩端的電壓和電阻能計(jì)算出電路中的電流，通過開關(guān)的變化測(cè)出燈泡兩端的電壓，得出小燈泡的電功率的表達(dá)式；
（5）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(shí)的電流等于額定電流的一半，其實(shí)際功率等于額定功率的四分之一；實(shí)際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實(shí)際電壓為額定電壓一半時(shí)的電流大于額定電流的一半，此時(shí)燈泡實(shí)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(shí)，燈泡實(shí)際功率等于額定功率的四分之一，實(shí)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(shí)，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，則燈泡實(shí)際功率小于額定功率的四分之一；
（6）先根據(jù)電壓表的示數(shù)和電阻求出電路中最小電流，然后利用串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和歐姆定律的變形公式求出滑動(dòng)變阻器最大阻值至少為多少．

解答：解：（1）連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開；
由圖甲知，滑動(dòng)變阻器的下面接了右邊一個(gè)接線柱，所以應(yīng)將滑片移至最左端；
（2）閉合開關(guān)后，燈泡不亮，可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，下一步操作：移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光；
（3）由乙圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以示數(shù)為0.3A；
小燈泡的額定電功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）連好電路后，斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S、S₁，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使得電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓；
保持滑片位置不動(dòng)，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，記下電壓表的時(shí)數(shù)為U₂；則定值電阻兩端的電壓U=U₂-2.5V；
電路中的電流：I=

U2-2.5V

R

，故小燈泡額定功率的表達(dá)式：P=

2.5V×(U2-2.5V)

R

；
（5）∵P=

U2

R

∴燈泡實(shí)際電壓為其額定電壓一半時(shí)，它的實(shí)際功率P₁＞

1

4

P_額；
∵P=I²R
∴實(shí)際電流等于額定電流一半時(shí)，實(shí)際功率P₂＜

1

4

P_額，
故P₁＞P₂；
（6）電路中的最小電流：I=

U

R

=

3V

30Ω

=0.1A，
∵串聯(lián)電路兩端電壓等于各部分電壓之和
∴滑動(dòng)變阻器兩端電壓為U′=6V-3V=3V
∵I=

U

R

∴滑動(dòng)變阻器最大阻值至少為：R=

U′

I

=

3V

0.1A

=30Ω．
故答案為：（1）斷開；左；（2）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，觀察小燈泡是否發(fā)光；（3）0.3；0.75；（4）電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓；

2.5V×(U2-2.5V)

R

；（5）大于；（6）30．

點(diǎn)評(píng)：本此題是測(cè)量小燈泡的額定功率實(shí)驗(yàn)，考查了連接電路過程中需注意的問題，電流表的讀數(shù)及功率的計(jì)算，同時(shí)考查了在沒有電流表時(shí)測(cè)量電功率的方法以及比較燈泡實(shí)際功率大小，有一定的難度．