Question

3．小明利用如圖甲所示電路測定小燈泡的功率．被測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右．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（20Ω0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃．

（1）實驗前在檢查儀器時，發現電流表指針如圖乙所示，則接下來的操作是將電流表指針調零．正確連接電路閉合開關后，發現無論怎樣移動滑動變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數接近6V，電流表示數幾乎為0，電路的故障可能是燈泡斷路．
（2）排除電路故障后，閉合開關，改變滑動變阻器的阻值，多次測量，小明畫出了小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關系圖象（如圖丙），則小燈泡的額定功率為0.625W．在多次測量中，小明還發現：當電壓表的示數增大時，電壓表與電流表的示數之比變大．（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（3）小明又取了一個規格、型號完全相同的舊燈泡進行實驗，發現在額定電壓下工作時，燈泡亮度明顯偏暗，小明仔細觀察，發現這只燈泡的玻璃內壁變黑．燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發光時發生升華而變細，消耗的實際功率變小的緣故（選填“大、小）．
（4）燈泡的功率測量完畢，小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究電流跟電阻的關系，得到如圖丁所示的電流I隨電阻R變化的圖象，則小明應選用滑動變阻器R₂（選填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．若某次實驗中滑動變阻器連入的阻值為14Ω，則所選定值電阻的阻值為10Ω．

Answer 1

分析 （1）①由圖知，電流表指針沒有指在零刻度線上，使用電流表前應對電流表進行機械調零，使指針指在零刻度線上；②閉合開關燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外的電路斷路；電流表無示數可能是電路斷路；電壓表示數接近6V，等于電源電壓，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯電路之外，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：燈泡斷路；
（2）已知燈泡的額定電壓，通過圖象得到額定電壓下的電流，利用公式P=UI得到燈泡的額定功率；燈絲電阻受溫度的影響；
（3）根據功率的計算公式分析；
（4）探究電流跟電阻的關系，需保持電阻兩端的電壓不變，根據串分壓的知識，當電阻R的阻值最大時，所需滑動變阻器的阻值最大，從而可根據此值判斷出所需滑動變阻器的規格；
串聯電路中用電器兩端電壓與其阻值成正比，由圖象可得電阻兩端電壓，已知電源電壓和電阻兩端電壓，可以得到滑動變阻器兩端電壓，根據串聯電路用電器兩端電壓與電阻的對應關系，得到定值電阻的阻值．

解答 解：
（1）電流表指針沒有指在零刻度線上，應先對電流表調零；
電路正確連接后，閉合開關，移動滑片P，發觀燈泡總不亮，且電流表無示數，但電壓表示數接近6V，則故障原因可能是燈泡斷路；
（2）由圖象知，在額定電壓下，通過燈泡的電流為I=0.25A，所以燈泡的額定功率為P_額=U_額I=2.5V×0.25A=0.625W；
當電壓表的示數增大時，電流也變大，燈泡的功率變大，燈絲的溫度升高，燈絲電阻變大，即電壓表與電流表的示數之比變大；
（3）根據燈泡的計算公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，在電壓不變的情況下，電阻變大，功率變小，燈泡變暗；
（4）由圖丁的某一組數據可知，當電阻值為25Ω時，電路中的電流為0.1A，則電阻兩端的電壓U=IR=0.1A×25Ω=2.5V；
滑動變阻器的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.1A}$=35Ω＞20Ω，所以應該選擇R₂．
滑動變阻器兩端電壓為U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V；
滑動變阻器與定值電阻串聯，電流相等，可得：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
代入數值得：$\frac{2.5V}{3.5V}$=$\frac{{R}_{1}}{14Ω}$；解得R₁=10Ω，即選擇的定值電阻阻值為10Ω．
故答案為：（1）將電流表指針調零；燈泡斷路；（2）0.625；變大；（3）��；（4）R₂；10Ω．

點評 本題考查了電流表的調節及讀數、電路故障分析、求燈泡額定功率、燈泡電阻與溫度的關系、升華現象、電功率的變化以及滑動變阻器規格的選擇，考查角度廣，設計知識點多，綜合性較強，具有一定的代表性．