Question

16．小莫同學(xué)做“測量小燈泡電功率”實(shí)驗(yàn)中，所用電源電壓恒為4V．小燈泡的螺旋套上標(biāo)有“2.5V”字樣，其額定功率小于1W，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是“10Ω 1A”

（1）在實(shí)驗(yàn)前檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表的指針如圖1所示，則他接下來的操作是對(duì)電流表進(jìn)行調(diào)零，使指針指在零刻度線上；
（2）請(qǐng)你根據(jù)圖2電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖3中未完成的電路連接好．要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，連入電路的阻值變大，導(dǎo)線不能交叉；
（3）連接電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表均無示數(shù)，燈泡不亮，移動(dòng)滑片時(shí)電壓表和電流表仍然沒有示數(shù)，燈泡不亮．電路的故障可能是D；
A．燈泡短路  B．滑動(dòng)變阻器短路  C．燈泡斷路  D．滑動(dòng)變阻器斷路
（4）電路故障排除后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片到某一位置時(shí)，電壓表示數(shù)如圖4所示，現(xiàn)要測定小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片適當(dāng)?shù)叵蛴?nbsp;（選填“左”或“右”）移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2.5V，此時(shí)電流示數(shù)如圖5所示，那么燈泡的額定功率是0.75W；
（5）小莫能用小燈泡來研究電流與電壓的關(guān)系嗎？不能；理由是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（6）為了研究電流和電阻的關(guān)系，小莫找到幾個(gè)定值電阻，阻值分別是5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，他用5Ω的電阻替換電路中的小燈泡，移動(dòng)滑片使電壓表示數(shù)為2.5V，記錄電流表示數(shù)，又換上10Ω的電阻，移動(dòng)滑片，最終電流表的示數(shù)為0.25A；
（7）當(dāng)小莫用20Ω的電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)始終不能調(diào)到2.5V，聰明的小莫想到了解決辦法，他將其中一個(gè)定值電阻串聯(lián)接入電路后，既可以用20Ω的電阻完成實(shí)驗(yàn)，又可以用30Ω的電阻完成實(shí)驗(yàn)，他選擇的定值電阻是10Ω．

Answer 1

分析 （1）由圖1知，電流表指針沒有指在電流表的零刻度線上，使用前應(yīng)對(duì)電流表調(diào)零；
根據(jù)題意確定滑動(dòng)變阻器的接法，然后連接實(shí)物電路圖．
（2）燈泡不亮，則可能是電路斷路或燈泡的實(shí)際功率太小或燈泡短路；電壓表讀數(shù)為零，說明燈泡短路；
（3）由燈泡燈泡的額定電壓可知電壓表的量程并讀出其大小，為使電壓增加為2.5V，電阻的分壓特點(diǎn)可知滑動(dòng)變阻器接入電路電阻的變化，進(jìn)一步確定滑片的移動(dòng)方向．
根據(jù)電流表的量程和分度值讀出燈泡的額定電流，利用P=UI求出額定功率．
（4）在研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻的阻值不變，改變電阻兩端的電壓，分析電流和電壓的關(guān)系；而燈絲的電阻隨著溫度變化；
（5）根據(jù)I=$\frac{U}{R}$得出電流表的示數(shù)；
（6）由于滑動(dòng)變阻器的阻值太小，電壓表的示數(shù)始終達(dá)不到2.5V，故應(yīng)串聯(lián)一個(gè)電阻．

解答 解：（1）由圖1可知，電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)對(duì)電流表進(jìn)行機(jī)械調(diào)零，使電流表指針指在零刻度線上；
滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，連入電路的阻值變大，滑動(dòng)變阻器應(yīng)接左下接線柱，根據(jù)電路圖連接實(shí)物電路圖，實(shí)物電路圖如圖所示：

（2）若小燈泡兩端短路，則移動(dòng)滑片時(shí)燈泡不亮，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端；則電壓表示數(shù)為零，
若是A，燈泡短路，則電路是通路，現(xiàn)象應(yīng)是電流表有示數(shù)，而不是電流表沒有示數(shù)．若電流表，電壓表都沒示數(shù)，則變阻器斷路時(shí)，電路不是閉合回路，無電流，兩表無示數(shù)
若滑動(dòng)變阻器短路，燈泡斷路、電壓表并聯(lián)在燈泡兩端；則電壓表示數(shù)不為零，故D符合題意；
（3）由圖可知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，由圖4可知，燈泡兩端的電壓為2.8V，
為測額定功率，燈兩端電壓應(yīng)為2.5V，根據(jù)串聯(lián)電路電阻的分壓特點(diǎn)可知滑動(dòng)變阻器分得的電壓較小，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器兩端電壓，所以應(yīng)向右移動(dòng)滑片，直到電壓表示數(shù)為2.5V為止．
當(dāng)燈泡兩端的電壓為2.5V時(shí)，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，由圖5可知，通過燈泡的電流為0.3A，則燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（4）這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能用來研究電流與電壓的關(guān)系，因?yàn)闊艚z的電阻隨溫度的升高而增大，而電流與電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要控制電阻值大小不變．
（5）探究電流與電阻的關(guān)系，需保證電壓一定，當(dāng)電壓U=2.5V，R=10Ω時(shí)，根據(jù)I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
（6）當(dāng)小莫用20Ω的電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)始終不能調(diào)到2.5V，說明滑動(dòng)變阻器的最大阻值偏小，所以應(yīng)該跟電路串聯(lián)一個(gè)電阻R₂；
①此時(shí)再用20Ω的電阻完成實(shí)驗(yàn)，電路中的電流為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{20Ω}$=0.125A，
滑動(dòng)變阻器和電阻R₂分得的電壓U′=4V-2.5V=1.5V，
則滑動(dòng)變阻器和電阻R₂的總電阻：R_滑+R₂=$\frac{U′}{I}$=$\frac{1.5V}{0.125A}$=12Ω，則串聯(lián)定值電阻的阻值最多為12Ω；
②用30Ω的電阻完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，此時(shí)電路中的電流為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{30Ω}$=$\frac{1}{12}$A，
R_滑+R_串=$\frac{U-{U}_{R}}{I}$=$\frac{4V-2.5V}{\frac{1}{12}A}$=18Ω，所以串聯(lián)定值電阻的最小阻值為：R_串=18Ω-R_滑=18Ω-10Ω=8Ω；
所以，串聯(lián)定值電阻的范圍為8Ω～12Ω，結(jié)合題中的定值電阻可知，只能選擇10Ω的電阻串聯(lián)在電路中．
故答案為：（1）對(duì)電流表進(jìn)行調(diào)零，使指針指在零刻度線上；（2）見上圖；（3）D；（4）右；0.75；（5）不能；燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；（6）0.25；（7）10．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電流表量程的選擇和連接以及讀數(shù)、電壓表的讀數(shù)、滑動(dòng)變阻器的連接和使用、電路故障的判斷等，這些知識(shí)點(diǎn)是伏安法測功率中最常見的內(nèi)容，也是�？嫉膬�(nèi)容．