Question

9．小組同學(xué)測量“小燈泡的功率”．被測小燈泡L的額定電壓為2.5V，電壓約為10Ω，實驗室有如下器材：電源（電壓恒為6V）、電流表（0～0.6A，0～3A）、電壓表（0～3V，0～15V）、開關(guān)各一個、導(dǎo)線若干、滑動變阻器三只：R₁（5Ω、0.5A）、R₂（50Ω　0.5A）、R₃（500Ω、0.2A）．

（1）請按照電路圖甲，以筆畫線連接實物圖乙（電壓表、電流表應(yīng)選擇合適的量程）
（2）滑動變阻器應(yīng)選用R₂（R₁/R₂/R₃）．
（3）閉合開關(guān)S前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)移至B（A/B）端．
（4）閉合開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)小燈泡L不亮，電流表有示數(shù)，但電壓表無示數(shù)，故障原因可能是燈泡短路．
（5）排除故障后，閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片P到某一位置，電流表和電壓表的示數(shù)如圖丙所示，此時通過小燈泡L的電流是0.22A，燈泡兩端的電壓是1.8V，此時燈泡的電阻是8.2Ω，燈泡的實際功率是0.396W．為使小燈泡L處于額定工作狀態(tài)，此時應(yīng)將滑動變阻器的滑片向左（左/右）移，直至電壓表的示數(shù)為2.5V．
（6）改變滑動變阻器的阻值，多次測量通過小燈泡L的電流和它兩端的電壓，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，同學(xué)們畫出了燈泡中電阻隨其兩端電壓變化的關(guān)系圖象，如圖丁所示，根據(jù)圖象提供的信息，算出燈泡的額定功率為0.625W，燈泡的電阻隨電壓增大而變大（變小/不變/變大）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖連接實物圖，根據(jù)額定電壓確定電壓表的量程，計算出額定電流，確定電流表的量程；
（2）根據(jù)歐姆定律計算出燈泡正常發(fā)光時所需滑動變阻器的阻值，選擇合適的變阻器；
（3）閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片移至最大阻值處；
（4）小燈泡不亮，電流表有示數(shù)，應(yīng)排除斷路，電壓表無示數(shù)，說明燈泡兩端無電壓，則燈泡短路；
（5）根據(jù)圖丙讀出電流表和電壓表的示數(shù)；
由R=$\frac{U}{I}$計算出燈泡的電阻值；
由P=UI計算出燈泡的電功率；
燈泡兩端的電壓低于額定電壓，要正常發(fā)光，需減小滑動變阻器的阻值；
（6）根據(jù)圖象，確定U=2.5V時的電流值，由P=UI計算出額定電功率；
燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表需選擇0～3V的量程；
燈泡的額定電流大約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以電流表應(yīng)選擇0～3V量程，按電路圖連接電路，如圖所示：

（2）當(dāng)燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω，R₁最大阻值太小，而R₃最大阻值太大，所以應(yīng)選擇R₂；
（3）滑動變阻器的下面接了左邊的A接線柱，所以在閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑片移至最右端，即B端，使其阻值最大；
（4）閉合開關(guān)S后，小燈泡L不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，則與電壓表并聯(lián)的燈泡被短路；
（5）由圖丙知，電流表的量程應(yīng)為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.22A；
電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為1.8V；
則R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.8V}{0.22A}$≈8.2Ω；
P=UI=1.8V×0.22A=0.396W；
此時燈泡兩端的電壓低于額定電壓，為使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)減小滑動變阻器的阻值，將滑片向左端滑動，直至電壓表的示數(shù)為2.5V；
（6）由U-I圖象可知，當(dāng)U_額=2.5V時，I_額=0.25A，所以小燈泡的額電功率P_額=U_額I_額=2.5V×0.25A=0.625W；
由U-I圖象可知當(dāng)U₁=1.5V時，I₁=0.2A，所以R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.5V}{0.2A}$=7.5Ω；
當(dāng)U₂=2.5V時，I₂=0.25A，所以R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω，
故小燈泡燈絲電阻隨電壓增大而增大；在該過程中，燈泡中的電流越來越大，故其 溫度越來越高，故是電壓增大時，燈絲溫度升高，電阻增大造成的．
故答案為：（1）見上圖；（2）R₂；（3）B；（4）燈泡短路；（5）0.22；1.8；8.2；0.396；左；電壓表的示數(shù)為2.5V；（6）0.625；變大．

點評 本題考查了用伏安法測燈泡電功率的實驗中電壓表、電流表、滑動變阻器的正確使用方法．對于電表量程的選擇，應(yīng)盡量使在不超過電表量程的前提下，使電表指針偏轉(zhuǎn)幅度盡量大些，以保證可以多測幾組數(shù)據(jù)，從而歸納出普遍結(jié)論．