Question

17．在“測定小燈泡的電功率”的實驗中，選用如圖甲所示的器材，其中電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V（燈絲電阻約為12Ω）．

（1）為了能夠順利完成實驗探究，下列兩種規(guī)格的滑動變阻器應選用B
A．“10Ω  0.5A”的滑動變阻器      B．“50Ω  0.5A”的滑動變阻器
（2）用筆畫線代替導線，將圖甲所示的實物電路連接完整．
（3）閉合開關前，應將圖甲中所示的滑動變阻器的滑片滑到A（選填“A”或“B”）端．
（4）閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不發(fā)光，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，若電路只有一處故障，則故障原因是小燈泡斷路．
（5）排除故障后，閉合開關，移動滑片，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)是2.2V；
（6）根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，繪制出小燈泡的電流隨它兩端電壓變化的關系圖象（如圖丙所示）．分析圖象可知：
①小燈泡的額定功率為0.625 W．
②小燈泡燈絲電阻是變化的，主要是受溫度 變化的影響．
③實驗中觀察到：當小燈泡兩端的電壓低于0.5V時，小燈泡不發(fā)光，根據(jù)圖象分析其原因是小燈泡實際功率太�。�
（7）完成上述實驗后，小華在缺少電壓表的情況下，根據(jù)繪制出的小燈泡電流與電壓關系圖象，設計出了一個測未知定值電阻的電路，如圖丁所示．請根據(jù)電路圖寫出其中一次測量的實驗步驟：
①開關S₁閉合，S₂斷開，調節(jié)滑動變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；②開關S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數(shù)I表達式：R_x=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓，電阻，計算出燈泡電流，由串聯(lián)分壓，計算出滑動變阻器的最小電阻，由此確定變阻器的規(guī)格；
（2）根據(jù)燈泡的額定電壓、電阻，由I=$\frac{U}{R}$計算出額定電流，確定電流表量程，電流表與燈泡串聯(lián)．
（3）閉合開關前，滑片應移動最大阻值處．
（4）電流表無示數(shù)，電路中存在斷路，電壓表有示數(shù)電壓表中間斷路．
（5）觀察電壓表量程，分度值，讀出電壓表示數(shù)．
（6）根據(jù)圖象，讀出額定電壓下額定電流，由P=UI計算電功率，電阻與溫度的關系，燈泡亮度由實際功率決定．
（7）根據(jù)計算電阻的公式R=$\frac{U}{I}$，要分別找出電阻兩端電壓，和通過電阻的電流，結合電路圖確定實驗步驟．

解答 解：
（1）燈泡的額定電壓U_燈=2.5V、電阻R_燈=12Ω，由I=$\frac{{U}_{燈}}{{R}_{燈}}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$=0.2A，由串聯(lián)分壓：U_滑=U-U_燈=6V-2.5V=3.5V，R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.2A}$=17.5Ω，所以滑動變阻器最小阻值為17.5Ω，故選B．
（2）通過上面計算出額定電流I=0.2A，電流表選擇0-0.6A量程，與燈泡串聯(lián)，如圖所示：

（3）閉合開關前，滑片應移動最大阻值處，則應移動A端．
（4）電流表無示數(shù)，電路中存在斷路，電壓表有示數(shù)電壓表中間小燈泡斷路．
（5）電壓表量程0-3V，分度值0.1V，電壓表示數(shù)為2.2V．
（6）①根據(jù)圖象燈泡兩端電壓為額定電壓U=2.5V時，I=0.25A，P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
②根據(jù)圖象是一條曲線，說明燈泡電阻是變化的，燈絲電阻主要受溫度的影響；
③根據(jù)燈泡的亮度由實際功率決定，當燈泡兩端電壓小于0.5V時，燈泡實際功率非常小，不能看到燈泡發(fā)光．
（7）根據(jù)電阻計算公式R=$\frac{U}{I}$，需要找出電阻兩端電壓，通過電阻的電流，結合電路圖步驟如下：
①開關S₁閉合，S₂斷開，調節(jié)滑動變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；
②開關S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數(shù)I；
根據(jù)圖象丙，當通過燈泡電流為0.25A時，燈泡兩端電壓U=2.5V，由并聯(lián)電壓規(guī)律U_x=U_燈=2.5V，當開關S₁斷開，S₂閉合時，電流表測總電流，由并聯(lián)電流規(guī)律I_x=I-0.25A，
Rx=$\frac{Ux}{Ix}$=$\frac{2.5V}{I-0.25A}$
故答案為：（1）B；（2）如圖所示；（3）A；（4）小燈泡斷路；（5）2.2；（6）①0.625；     ②溫度；③小燈泡實際功率過��；
（7）①開關S₁閉合，S₂斷開，調節(jié)滑動變阻器的滑片至電流表的示數(shù)為0.25A；
②開關S₁斷開，S₂閉合，保持滑動變阻器滑片不動，讀出電流表示數(shù)I；
③$\frac{2.5V}{I-0.25A}$

點評 此題考查了，滑動變阻器的選擇、電路基本操作、電路連接、故障分析、電壓表讀數(shù)、電功率計算、實際功率、電路設計，是電功率中非常綜合的一道題，難度比較大．