Question

10．如圖所示，在測定“小燈泡電功率”的實驗中，電源電壓為4.5V，小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為10Ω．

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整．
（2）小劉同學在實驗中連接好電路，閉合開關，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)，原因可能是燈開路（或燈座接觸不良）（寫出一種即可）
（3）小熊同學移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖乙所示的，I-U圖象，根據(jù)圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W．
（4）小張小組設計了另一種實驗方案（其中電源電壓未知，電阻R的阻值已知）．
①電路如圖丙所示；
②移動滑片P滑到任一位置，開關S拔到位置1，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開關S拔到位置2，滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂．先算出燈泡的電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$（請你用所測的物理量表示），再根據(jù)：P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$計算燈泡的額定功率．他們按此方案測量，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與真實值相差較大，原因是：燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等．

Answer 1

分析 （1）由歐姆定律得出燈正常發(fā)光時的電流大小，確定電流表量程串聯(lián)在電路中；
（2）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或燈泡短路或燈泡之外的電路斷路；電流表示數(shù)為零，說明電路存在斷路；
電壓表示數(shù)接近于電源電壓，說明電壓表與燈泡兩端相連，燈泡之外電路不存在斷路，綜合分析可知電路故障為燈泡開路（或燈座接觸不良）；
（3）由圖乙找到額定電壓下的電流，由P=UI求出燈泡的額定功率；
（4）分析開關S拔到位置1時電路的連接，由歐姆定律求出電阻兩端的電壓，由并聯(lián)電路的特點求出燈泡的電壓；
開關轉(zhuǎn)換時，電路連接關系沒有變化，各用器的電阻、電壓沒有變化，通過電阻的電流不變，由并聯(lián)電路電流的規(guī)律求出通過燈的電流，最后由歐姆定律求出燈泡的電阻；
燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等，所以根據(jù)據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$求出的功率與額定功率的真實值相差較大；

解答 解：（1）小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為10Ω，燈正常發(fā)光時的電流大小I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，電流表選用
小量程串聯(lián)在電路中，如下所示：

（2）閉合開關后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能是：燈泡開路（或燈座接觸不良）；
（3）由圖知：電壓為2.5V時，電流表示數(shù)是0.2A，
燈泡額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）①電路如圖丙所示；
②移動滑片P滑到任一位置，開關S拔到位置1，讀出電流表示數(shù)I₁；
③開關S拔到位置2，滑片位置不動，讀出電流表示數(shù)I₂．
開關在位置1時，燈泡與電阻并聯(lián)，電流表測通過R的電流，由并聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律，燈泡兩端的電壓U_L=U_R=I₁R，
開關打到2位置時，滑片位置不動，電路連接關系沒有變化，各用器的電阻、電壓沒有變化，通過電阻的電流不變，電流表測干路電流，
由并聯(lián)電路特點知：流過燈泡的電流I_燈=I₂-I₁，
則燈泡電阻R_L=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；
因為燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等，
所以根據(jù)P₀=$\frac{{{U}_{0}}^{2}}{{R}_{L}}$計算求出的功率與額定功率的真實值相差較大；
故答案為：（1）如上所示；
（2）燈開路（或燈座接觸不良）；
（3）0.5；
（4）③$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}{-I}_{1}}$；燈泡電阻隨溫度的變化而變化，題中所求電阻值R_L與燈泡正常發(fā)光時的阻值不相等．

點評 本題測定小燈泡電功率，考查電路的連接、故障的分析、額定功率的計算、影響電阻大小的因素及對實驗方案的評估，為中考的熱點問題．