Question

4．小明在探究“小燈泡發光時的亮度與電功率的關系”的實驗中，所用的電源電壓是4V，小燈泡的額定電壓是2.5V，小燈泡兩端允許加的最大電壓為額定電壓的1.2倍．

（1）請將圖1的實驗電路連接完整．
（2）小明連接的電路中，電流表接的是大量程，滑動變阻器的滑片滑到了阻值最大端．在檢查電路連接正確后，小明又進行了實驗操作，并根據觀察到的實驗現象將電流表從大量程改為小量程．則他進行的實驗操作是閉合開關，將滑動變阻器滑片從阻值最大端緩慢向阻值最小端滑動，觀察電壓表和電流表示數，觀察到的實驗現象是電壓表示數為3V時，電流表示數不大于0.6A．
（3）實驗中，觀察到小燈泡開始發光時，電壓表的示數是0.5V，關于電壓測量點的選擇有如下三種方案．應該選用丙方案．
甲：1.0V　2.0V　3.0V　　
乙：1.0V　2.5V　4.0V
丙：0.5V　1.0V　1.5V　2.0V　2.5V　3.0V
（4）某次實驗時，電壓表示數如圖2所示，此時電路中滑動變阻器兩端的電壓為1.8V；如果要使燈泡正常發光，應該向右（選填“左”或“右”）移動滑動變阻器的滑片．
（5）小剛在做實驗時，用數量和規格均滿足實驗要求的定值電阻代替了滑動變阻器，請分析說明用定值電阻代替滑動變阻器做實驗的兩點不足．A．操作麻煩，改變小燈泡功率時，要更換不同的定值電阻，連續三次電阻B．不易比較亮度，比較亮度時，要經過更換電阻的過程，時間間隔長．
（6）另一學生按圖鏈接電路后，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，燈不亮，電壓表有較大的示數．經檢查，導線連接完好，則電路故障是：燈泡斷路．排除該故障換用新元件后，閉合開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學生在操作過程中的不當之處是：滑動變阻器滑片沒有處于阻值最大處
（7）小明同學分析實驗數據圖象后，發現還能求得小燈泡的電阻，于是他分別算出了所給的三種情況下小燈泡的電阻并取平均值．你認為小施同學的做法錯誤的，主要原因是不同電壓下燈泡阻值不同，求燈泡電阻的平均值沒有意義．

Answer 1

分析 （1）根據實驗中電壓表所測的最大電壓確定電壓表的量程，燈泡與滑動變阻器串聯接入電路，電壓表并聯在燈泡兩端，連線時注意滑動變阻器的接法；
（2）電流表選擇的量程過大，電流表指針偏轉角度太小，讀數誤差較大；調節滑動變阻器滑片，電流表指針變化范圍小，不便于讀數；
（3）燈泡兩端電壓是0.5V時燈泡開始發光，燈泡正常工作電壓是2.5V×1.2=3V，要探究“小燈泡發光時的亮度與電功率的關系”，可以再稍增大燈兩端的電壓，取小于額定電壓、等于額定電壓、大于額定電壓三個電壓，實際功率將小于額電功率、等于額電功率、大于額電功率，進行分析比較，據此選擇實驗方案；
（4）根據圖乙所示電壓表確定電壓表的量程與最小分度值，由電壓表指針位置讀出電壓表示數，然后根據串聯電路特點得到滑動變阻器兩端電壓；
（5）用定值電阻代替滑動變阻器進行實驗，實驗時要不斷地更換電阻，不斷地拆接電路，操作麻煩，另一方面，用定值電阻代替滑動變阻器，電流電流不能連續變化，燈泡亮度不能連續變化，燈泡功率變化時，不易比較燈泡亮度變化情況．
（6）根據電路圖可知，閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，根據燈泡的是否發光和電壓表的示數確定電路故障；
開關閉合后，燈閃亮一下后立即熄滅，說明電路電流太大，電路電阻太小造成的，原因可能是閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（7）燈泡電阻隨溫度的變化而變化，不同溫度下燈泡電阻不同，求不同溫度下燈泡電阻的平均值沒有意義．

解答 解：（1）燈泡兩端所允許加的最大電壓是2.5V×1.2=3V，
因此電壓表可選擇3V量程，燈泡左端接線柱與滑動變阻器右下角接線柱接入電路，電壓表并聯在燈泡兩端，
電路圖如圖所示；

（2）實驗中電流表選擇大量程0～3A，燈泡兩端允許加得最大電壓為3V，一般情況下，額定電壓為2.5V的小燈泡電阻約為10Ω，電路的最大電流約為I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{10Ω}$=0.3A＜0.6A，0～3A量程太大，閉合開關后，電流表指針偏轉角度太小，不便于讀數，讀數誤差較大，另一方面，移動滑動變阻器滑片時電流表指針變化范圍很小不便于讀數，不便于進行多次測量；
（3）要探究“小燈泡發光時的亮度與電功率的關系”，可以再稍增大燈兩端的電壓，取小于額定電壓、等于額定電壓、大于額定電壓幾個電壓，實際功率將小于額電功率、等于額電功率、大于額電功率；甲方案沒有在額定電壓下；乙方案4V會燒壞燈；不可取，綜合分析可知，應選用丙方案；
（4）由圖乙知，電壓表量程是3V，最小分度值是0.1V，電壓表示數是2.2V；
由于所用的電源電壓U=4V，
所以滑動變阻器兩端電壓為U₀=U-U_額=4V-2.2V=1.8V；
電壓表示數小于燈泡額定電壓，要使燈泡正常發光，應向右移動滑動變阻器滑片，增大燈泡兩端的電壓，直到電壓表示數等于燈泡額定電壓2.5V為止；
（5）小剛在做該實驗時，用數量和規格均滿足實驗要求的定值電阻代替了滑動變阻器，小剛的做法存在以下不足：
實驗操作不方便，操作麻煩，改變小燈泡功率時，要更換不同的定值電阻，連續三次電阻；不易比較燈泡亮度變化情況，比較亮度時，要經過更換電阻的過程，時間間隔長．
（6）閉合開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端時，電路為燈泡的基本電路，燈不亮，電壓表有較大的示數，說明電路故障為斷路，并且電壓表與電源兩極相連，故小電燈斷路；
開關時，觀察到燈閃亮一下后立即熄滅，該學生在操作過程中的不當之處是：閉合開關前滑動變阻器滑片沒有放到最大阻值處；
（7）隨燈泡電壓及流過燈泡的電流不同，燈泡的實際功率不同，燈泡溫度不同，燈泡電阻不同，
即燈泡電阻隨燈泡溫度的變化而變化，在不同電壓下，燈泡電阻不同，求不同電壓下燈泡電阻的平均值沒有意義．
故答案為：（1）見上圖；
（2）閉合開關，將滑動變阻器滑片從阻值最大端緩慢向阻值最小端滑動，觀察電壓表和電流表示數；電壓表示數為3V時，電流表示數不大于0.6A．
（3）丙；
（4）1.8；右；
（5）操作麻煩，改變小燈泡功率時，要更換不同的定值電阻，連續三次電阻；不易比較亮度，比較亮度時，要經過更換電阻的過程，時間間隔長；
（6）燈泡斷路；滑動變阻器滑片沒有處于阻值最大處；
（7）錯誤的；不同電壓下燈泡阻值不同，求燈泡電阻的平均值沒有意義．

點評 本題考查了連接實物圖、實驗操作分析、實驗測量方案的選擇、實驗方案優劣分析等問題；是電學實驗的常考內容；解題時要認真、細心答題．