Question

5．一個額定電壓是2.5V的小燈泡，正常工作時的電阻約為8Ω．小明想測量它的額定功率．實驗室有如下器材：電源（電壓恒為6V）、電流表、電壓表、開關各1個、甲（10Ω  1A）和乙（50Ω  0.5A）兩種規格的滑動變阻器2個，導線若干．

（1）小明設計了圖一所示電路，他應選用乙（甲/乙）種規格的滑動變阻器．
（2）圖二是小明根據電路圖連接的實物圖，閉合開關后，移動滑動變阻器的滑片，發現小燈泡不亮，經檢查是由于一根導線連接錯誤，請你在圖二中連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線．
（3）小明按圖一電路圖連接電路，閉合開關，燈泡不亮，此時電壓表示數為0.8V，電流表示數為0.1A，燈泡不亮的原因是燈的實際功率過小；如果想讓小燈泡正常發光，接下來的操作是向左移動變阻器的滑片，使電壓表示數為2.5V．
（4）在測量小燈泡額定功率的過程中，移動滑動變阻器的滑片P時，眼睛應先注視電壓表的示數，然后讀出另一電表示數，當小燈泡正常發光時，電流表的示數如圖三所示，則小電燈的額定功率為0.8W．
（5）本實驗電路除了能測出小燈泡的功率外，小明認為還能測出小燈泡燈絲的阻值，小華認為還能探究電流與電壓的關系．你認為小華的觀點是錯誤的，理由是：燈絲的電阻隨溫度的改變而改變．

Answer 1

分析 （1）根據串聯電路的特點求出燈泡正常發光時滑動變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，根據這個阻值，判斷選擇哪個滑動變阻器；
（2）開關、滑動變阻器、燈泡串聯接入電路，電壓表并聯在燈的兩端，故據此分析錯誤之處并改正即可；
（3）燈的亮度取決燈的實際功率，根據P_實=U_實I_實求燈的實際功率，
根據P_L=U_LI_L=$\frac{{{U}_{L}}^{2}}{{R}_{L}}$求燈的額定功率并比較大小；
燈在額定電壓下正常發光，應增大燈的電壓，根據串聯電路電壓的規律和分壓原理確定操作；
（4）燈在額定電壓下正常發光；先確定電流表的分度值，而后據電流表讀出對應的示數，據公式P=UI可計算出額定功率；
（5）根據歐姆定律回答；根據燈絲的電阻隨溫度的改變而改變分析．

解答 解：（1）燈泡正常發光時，通過其的電流約是：
I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{8Ω}$=0.3125A，
滑動變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_燈泡=6V-2.5V=3.5V，滑動變阻器接入電路的電阻：
R=$\frac{U}{I}=\frac{3.5V}{0.3125A}$≈11.2Ω＞10Ω，所以應選擇“50Ω 0.5A”的滑動變阻器，即選擇乙種規格的滑動變阻器；
（2）原電路中，電壓表串聯在電路中了，變阻器與燈并聯了是錯誤的，在該電路中，電壓表應與燈并聯，變阻器應與燈泡串聯，如下圖：

（3）圖一中，電壓表測燈的電壓，電流表測通過燈的電流，此時電壓表示數為0.8V，電流表示數為0.1A，燈的實際功率：
P_實=U_實I_實=0.8V×0.1A=0.08W，
而燈的額定功率：
P_L=U_LI_L=$\frac{{{U}_{L}}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{8Ω}$≈0.78W，燈的實際功率遠小于燈的額定功率，故燈泡不亮；
如果想讓小燈泡正常發光，應增大燈的電壓為額定電壓，根據串聯電路電壓的規律要減小變阻器的電壓，由分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，故接下來的操作是：向左移動變阻器的滑片使電壓表示數為2.5V；
（4）該電流表選的是小量程，其分度值是0.02A，故其示數是0.32A，故其額定功率是：
P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（4）根據歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，有R=$\frac{U}{I}$，因測出燈的電壓和通過的電流，故小明認為還能測出小燈泡燈絲的阻值，是正確的；
探究電流與電壓的關系時，要控制電阻的大小不變，但因燈絲的電阻隨溫度的變化而變化，小華認為還能探究電流與電壓的關系是錯誤的，即小華的觀點是錯誤的．
故答案為：（1）乙；
（2）如上圖；
（3）燈泡的實際功率太小；向左移動滑動變阻器的滑片使電壓表示數為2.5V；
（4）電壓表；0.8；
（5）小華；燈絲的電阻隨溫度的改變而改變．

點評 本題測量燈的額定功率，考查器材的選擇、電路的連接、常見現象的分析、操作過程，同時也涉及到測小燈泡燈絲的阻值及探究電流與電壓的關系實驗及控制變量法的運用，綜合性強．