Question

13．在測定“小燈泡的電功率”的實驗中，已知電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V，小燈泡的電阻約為10Ω，滑動變阻器上標有“20Ω 1A”字樣．如圖1是小明同學沒有連接完的實物電路．

（1）請你用筆畫線代替導線，將實物電路連接完整；
（2）實驗中，小王同學連接好電路后，閉合開關，發現小燈泡不亮，且電壓表無示數，電流表有示數，則故障的原因可能是小燈泡短路；
（3）故障排除后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片到某一點，電壓表的示數如圖2所示，要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向左端滑動（選填“左”或“右”）；直到使電壓表示數等于2.5V時，電流表示數如圖3所示，燈泡的額定功率是0.7W．
（4）某同學在實驗中，不小心將滑動變阻器損壞（不能使用）了，一時又找不到其他變阻器．你能否利用身邊的物品替代滑動變阻器完成該實驗，說出你的做法：利用鉛筆自制一“滑動變阻器”．
（5）小紅同學在實驗結束與同學討論時說：“該實驗電路也可以用來研究電流與電壓的關系”．小紅的說法是否正確，為什么？

Answer 1

分析 （1）根據燈泡的額定電壓確定電壓表的量程并與燈泡并聯，根據歐姆定律求出燈泡的額定電流確定電流表的量程且與燈泡串聯，連接時注意正負接線柱的連接．
（2）燈泡不亮可能是燈泡斷路或燈泡以外的地方斷路或燈泡短路，電流表有示數說明電路不可能斷路，電壓表無示數說明燈泡短路．
（3）由電壓表的示數可知此時小燈泡兩端的電壓小于額定電壓，為使電壓增加為2.5V，就要使滑動變阻器分壓減小，連入電阻減小，選擇滑片的移動方向；并根據電流表的示數，利用P=UI求出燈泡的額定功率．
（4）滑動變阻器的作用為改變接入電路的電阻值，缺少變阻器則無法改變電阻；但可以找一些電阻接大的能改變接入阻值的導體來代替．
（5）在研究電流與電壓的關系時，要控制電阻的阻值不變，改變電阻兩端的電壓，分析電流和電壓的關系；而燈絲的電阻隨著溫度變化，不符合該實驗的要求．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V且與燈泡并聯；燈泡的額定電流為$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＜0.6A，所以電流表選0～0.6A的量程，且與燈泡串聯，注意電流從正接線柱流入負接線柱流出，連接如下圖所示：

（2）電流表有示數說明電路不可能斷路，燈泡不亮、電壓表無示數說明燈泡被短路．
（3）電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，燈泡兩端的電壓為2V，為測額定功率，燈兩端電壓應為2.5V，就要使滑動變阻器分壓減小，接入電路的電阻減小，應向左移動滑片．
當燈泡兩端的電壓為2.5V時，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以通過燈泡的電流為0.28A，
燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.28A=0.7W．
（4）滑動變阻器目的一是作為保護電阻，二是可以多測幾組數據求平均值，如果沒有滑動變阻器，則無法測量多組數據求平均值；為了減小誤差可以選擇一些電阻較大的物體通過改過接入長度從而改變電阻，如可以用鉛筆芯代替；
（5）這個實驗不能用來研究電流與電壓的關系，因為燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，而電流與電壓關系的實驗中，要控制電阻值大小不變．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）小燈泡短路；（3）左；0.7W；（4）利用鉛筆自制一“滑動變阻器”；（4）不正確；燈泡的電阻隨溫度的升高而升高，不能保持電阻一定．

點評 本題考查了電壓表與電流量程的選擇和連接、電路故障的判斷、滑動變阻器的原理、燈泡電阻與溫度的關系以及控制變量法和電功率的計算等，綜合性較強，難度較大．