Question

10．小明利用如圖甲所示電路測定燈泡的功率，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、滑動變阻器兩只：R₁（20Ω 0.5A）、R₂（50Ω  0.5A）

（1）在小明所連接的電路中（甲圖），有兩根導線還沒有連接好，請你幫他完成電路的連接（要求，滑動阻滑片向右移動，燈泡變亮：其他的導線不要變動，導線不能交叉）．
（2）正確連接電路團合開關后，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，電路故障原因可能是燈泡斷路．
（3）在排出故障后，閉合開頭，移動滑動變阻器，多次測量，小明繪出了電壓與電流的變化的關系圖乙，則小燈泡的額定功率是0.625W．
（4）小明又取了一個規格完全相同的舊燈泡來實驗，發現在額定電壓下工作，亮度偏暗，小明仔細察，發這只燈泡的玻內璧變黑；燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發光是發生了升華（填物態變化名）而變細，消耗的實際功率變小的緣故（填大或小）．
（5）燈泡的功率測量完后，小明用5Ω，10Ω、15Ω，20Ω，25Ω的定電阻，更換電路中的燈泡，探究電流與電阻的關系．得到如丙所示的電流與電阻的關系圖，小明應用滑動器為R₂（選R₁或R₂）若某次實驗中滑動變阻接入14Ω，那么所選用的定值電阻的值為10Ω．

Answer 1

分析 （1）本實驗中燈泡、電流表、變阻器應串聯，電壓表測燈泡電壓與燈泡并聯，根據燈泡規格確定電表量程；
（2）燈泡都不亮，電流表示數為0，電路可能出現斷路，根據電壓表示數情況分析判斷故障原因；
（3）由圖象讀出燈泡電壓2.5V時的電流，根據P=UI計算小燈泡的額定功率；
（4）物質由固態直接變為氣態的過程叫升華；②在兩端電壓一定時，用電器消耗的功率的變化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$進行分析；
（5）在探究電流與電阻的關系時，要改變接入電路的電阻阻值大小，但不同阻值的電阻兩端電壓不變；
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）測定小燈泡的功率的實驗中，燈泡、電流表、變阻器應串聯，電壓表測燈泡電壓與燈泡并聯，燈泡額定電壓2.5V，所以電壓表應使用0-3V量程，燈泡正常發光時的電流約為：I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以電流表應使用0-0.6A量程，滑動阻滑片向右移動，燈泡變亮，接右下接線柱，如圖所示：
；
（2）燈泡都不亮，電流表示數為0，電路可能出現斷路，電壓表示數為6V，等于電源電壓，說明電壓表與電源之間是通路，所以故障原因可能是燈泡斷路了；
（3）由圖象知，當電壓為2.5V時，電流為0.25A，所以P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
（4）①燈泡亮度偏暗的原因是燈絲發光時溫度很高，鎢絲由固態直接變為氣態發生升華現象而變細；
燈絲變細，電阻增大，在兩端電壓一定時，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，消耗實際功率變小．
（5）探究電流跟電阻的關系，應保持定值電阻兩端電壓不變，
由圖象知，當R=5Ω時，I=0.5A，不同阻值的電阻兩端電壓等于0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=2.5V，
假設選擇25Ω的定值電阻與滑動變阻器串聯，由串聯電路的分壓原理：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$知，要保持定值電阻兩端電壓為2.5V不變，$\frac{2.5V}{6V-2.5V}$=$\frac{2.5V}{{R}_{滑}}$，解得R_滑=35Ω，所以滑動變阻器選擇“50Ω  0.5A”，即選擇滑動變阻器R₂；
同理：R_滑=14Ω時有：$\frac{2.5V}{6V-2.5V}$=$\frac{{R}^{′}}{14Ω}$，
解得R₁=10Ω，即選擇的定值電阻阻值為10Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）0.625；（4）升華； 小；（5）R₂；10．

點評 此題是“測量小燈泡電功率”的實驗，考查了實物連接、電路故障判斷、圖象的分析、電功率計算及燈絲電阻與溫度的關系以及滑動變阻器規格的選擇，考查角度廣，涉及知識點多，綜合性較強，具有一定的代表性．