Question

20．實驗室購買了一批規格為“2.5V  0.8W”的小燈泡，小明同學利用其中一只小燈泡做測量電功率的實驗，他設計了如圖甲所示的電路圖．實驗中各元件完好，電源電壓保持不變．

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖乙所示的實物電路連接完整（要求：滑動變阻器的滑片向右移動時小燈泡變暗，連接導線不能交叉）．
（2）小明調節滑動變阻器的滑片得到了三組電壓和電流的數據，填入他自己設計的表格．

次數	電壓U/V	電流I/A	電功率P/W	平均電功率P′/W
1	2	0.34
2	2.5	0.4
3	3	0.44

①請指出這個表格設計不合理的地方表中設計了平均電功率．
②小明操作規范讀數正確，根據表中數據，當小燈泡兩端電壓為2.5V時，求得小燈泡的電功率為1W，故小明認為該小燈泡不合格，他判斷的理由是額定電壓下小燈泡消耗的功率大于額定功率0.8W．
③假如生產這種小燈泡鎢絲的粗細是一定的，則這個小燈泡不合格的原因是鎢絲的長度小于 （選填“大于”或“小于”）合格產品小燈泡鎢絲的長度．
（3）小明還想探究電流與電阻的關系，于是將甲圖中的小燈泡換成電阻，當電阻阻值是2Ω時，電流表示數為1A；要使電流表示數是0.5A，應將2Ω的電阻更換為4Ω的電阻；多次測量后作出的I-R圖象是圖中的D．

Answer 1

分析 （1）由滑動變阻器的滑片向右移動時小燈泡變暗，確定變阻器接線柱的接法；
（2）①小燈泡的電壓不同，對應的電功率不同，電功率不是一定值，取平均值沒有意義；②根據P=UI求功率；③根據P=$\frac{{U}^{2}}{R}$和影響電阻大小的因素回答；
（3）探究電流與電阻的關系時，應保持電阻的電壓不變，根據歐姆定律解答；燈絲的電阻隨溫度（電流）的變化而變化，電壓與對應的電流不成正比，據此作答．

解答 解：（1）滑動變阻器的滑片向右移動時小燈泡變暗，說明變阻器連入電路中的電阻，故應將變阻器滑片以左電阻連入電路增大，如圖所示：

（2）小燈泡的電壓不同，對應的電功率不同，電功率不是一定值，取平均值沒有意義，所以，這個表格設計不合理的地方是表中設計了平均電功率；
Ⅱ由表中數據知，當電壓為2.5V時，對應的電流為0.4A，
燈的功率P=UI=2.5V×0.4A=1W＞0.8W，額定電壓下小燈泡消耗的功率大，小明認為該小燈泡不合格，他判斷的理由是額定電壓下小燈泡消耗的功率大于額定功率0.8W；
根據據P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，在額定電壓不變的情況 下，電功率變大，是因為燈絲的電阻變小導致的，又根據影響電阻大小的因素，在鎢絲的粗細是一定的情況下，燈絲的電阻變小是因為鎢絲的長度變小所致，故這個小燈泡不合格的原因是鎢絲的長度 小于合格產品小燈泡鎢絲的長度；
（3）當電阻阻值是2Ω時，電流表示數為1A，根據歐姆定律，易知此時電阻的電壓為2V，因探究電流與電阻的關系時，應保持電阻的電壓不變，所以，要使電流表示數是0.5A，應將2Ω的電阻更換為阻值R′=$\frac{U}{I'}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω的電阻；
因燈絲的電阻隨溫度（電流）的變化而變化，不是一個定值，即電壓與對應的電流不成正比，所以電阻隨電流的變化應為一曲線，在上面的四個選項，只有D正確，
故答案為：（1）如上圖所示；（2）①表中設計了平均電功率；②1；額定電壓下小燈泡消耗的功率大于額定功率0.8W；③小于；（3）4；D．

點評 本題運用所學知識解決實際問題，考查電路的連接、對電功率的理解、影響電阻大小的因素等知識，并體現了數學知識在物理中的應用．