Question

2．初三某班同學到實驗室做“測量小燈泡功率”的分組實驗，被測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A、0～3A）、電壓表（0～3V、0～15V）、開關各一個，導線若干，滑動變阻器三只：R₁（5Ω 0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．同學們設計的電路如圖甲所示：

（1）根據(jù)圖甲電路圖，將乙圖未連接完的實物元件連接完整（要求：滑片向右移動時，電流增大，連線不能交叉 ）．
（2）實驗前在檢查儀器時，發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖丙所示，則接下來的操作是向右移動滑片，減小滑動變阻器連入的電阻；
（3）為了測量燈泡的額定功率，最合適的滑動變阻器應選用R₂（選填R₁、R₂、R₃）．
（4）閉合開關，調節(jié)滑片：如果燈不亮，電流表無示數(shù)，電壓表的指針超過滿刻度，則出現(xiàn)這現(xiàn)象的原因可能是燈開路；如果電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，燈不亮，則出現(xiàn)這現(xiàn)象的原因可能是燈短路；如果電流表和電壓表都有示數(shù)，但燈不亮，則出現(xiàn)這現(xiàn)象的原因可能是滑動變阻器將下面兩個接線柱接入電路；
（5）經檢查無誤后，閉合開關，調節(jié)滑動變阻器的滑片到某一位置，電流表和電壓表的示數(shù)如圖丁所示，則此時通過小燈泡的電流是0.22A，燈泡兩端的電壓是1.8V，此時小燈泡的電阻是8.18Ω（電阻計算的結果保留二位小數(shù)），燈泡的實際功率是0.396W．
（6）改變滑動變阻器的阻值，多次測量通過小燈泡的電流和它兩端的電壓，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，同學們畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關系圖象（如圖戊），根據(jù)圖象提供的信息，算出小燈泡的額定功率為0.625W，其通過的電流隨其兩端電壓變化的關系圖象為非直線關系的原因燈絲的電壓增大，溫度升高，電阻增大．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)要求確定下面的接線柱；求出燈正常工作電流確定電流表的量程，進而完成實物連接圖；
（2）閉合開關前，滑片處于阻值最大處，閉合開關后電路中的電流較小，此時移動滑片使連入的電阻變�。�
（3）選擇滑動變阻器的規(guī)格，要從電路需要滑動變阻器的最大電阻和電路通過的最大電流考慮：滑動變阻器的最大阻值要稍大于電路需要滑動變阻器的最大阻值；滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路最大電流．
（4）燈短路，電流表有示數(shù)、電壓表無示數(shù)；燈開路，電流表無示數(shù)、電壓表有示數(shù)；滑動變阻器的下面兩個接線柱連入電路，電路中電阻過大，但電流表有示數(shù)、電壓表有示數(shù)；
（5）知道使用的量程，確定每一個大格和每一個小格代表的示數(shù)，根據(jù)指針位置讀數(shù)，利用歐姆定律求燈絲電阻，利用P=UI求燈的實際功率；
（6）在圖象上找到燈泡2.5V下的電流，根據(jù)P=UI計算額定功率．燈絲的電阻受溫度影響很大，隨溫度的升高而增大．

解答 解：
（1）要求滑片向右移動時，電流增大，連入的電阻變小，應接下面的右接線柱；燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，正常工作電流I=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，電流表選擇小量程0-0.6A，如圖所示：

（2）閉合開關前，滑片處于阻值最大處，下面接右邊接線柱；由丙圖可知電路中的電流較小，此時應向右移動滑片，使連入的電阻變小；
（3）燈泡正常工作時電流為I_L=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A．
測定燈泡功率的實驗中，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點得，燈泡正常工作時，
滑動變阻器電壓為：U'=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動變阻器電阻為：R'=$\frac{U′}{{I}_{L}}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．
滑動變阻器最大電阻稍大于電路需要的滑動變阻器電阻，“5Ω  0.5A”電阻太小，“500Ω  1A”電阻太大，“50Ω  0.5A”的滑動變阻器電阻和電流都合適．
（4）燈不亮，電流表有示數(shù)、電壓表無示數(shù)（測導線兩端的電壓），可能故障燈短路；燈不亮，電流表無示數(shù)，燈開路，但電壓表接在電源上，電壓表有示數(shù)；滑動變阻器的下面兩個接線柱連入電路，電路中電阻過大，但電流表有示數(shù)、電壓表有示數(shù)；
（5）由圖知，電流表使用的是小量程0-0.6A，分度值為0.02A，讀數(shù)為0.22A；電壓表選小量程，分度值是0.1V，示數(shù)為1.8V；燈絲電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.8V}{0.22A}$≈8.18Ω；實際功率P=UI=1.8V×0.22A=0.396W；
（6）由圖戊可知，當燈兩端電壓為2.5V，通過的電流為0.25A，P_額=U_額I_額=2.5V×0.25A=0.625W．
由于燈絲的電壓增大，溫度升高，電阻增大，所以通過的電流隨其兩端電壓變化的關系圖象為非直線關系．
故答案為：（1）如圖所示；（2）向右移動滑片，減小滑動變阻器連入的電阻；（3）R₂；（4）燈開路；燈短路；滑動變阻器將下面兩個接線柱接入電路；（5）8.18；0.396；（6）0.625；燈絲的電壓增大，溫度升高，電阻增大．

點評 本題考查了電流表量程的選擇、滑動變阻器規(guī)格的選擇、電路故障分析、電功率的計算；滑動變阻器要考慮滑動變阻器的電阻和電流，滑動變阻器的電阻在電路是否夠用，但又不能太大；滑動變阻器允許通過的電流大于電路最大電流．