Question

5．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（20Ω 0.5A）、R₂（50Ω 0.5A）、R₃（500Ω 1A）．

（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）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；根據歐姆定律分別求出幾個電阻值，判斷電壓與電流大小比值的大小變化；
（3）已知電源電壓，根據圖象確定電阻兩端的電壓，得出變阻器兩端的電壓，根據最大電流和最小電流求出變阻器的最大值和最小值；根據分壓原理得到定值電阻的阻值．

解答 解：（1）①電流表指針沒有指在零刻度線上，應先對電流表調零；
②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；
由圖象知，當電壓為0.5V時，對應的電流為0.1A，電壓與電流比值大小為5Ω；當電壓為2.5V時，對應的電流為0.25A，電壓與電流的比值為10Ω，所以，當電壓表的示數增大時，電壓表與電流表的示數之比變大；
（3）電源電壓為6V；由圖象知，電阻兩端的電壓為U=IR=0.5A×5Ω=2.5V保持不變；則變阻器兩端的電壓始終為U_滑=6V-2.5V=3.5V；
當電流值為0.5A時，變阻器的阻值最小R_小=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{大}}=\frac{3.5V}{0.5A}$=7Ω，；當電流為值為0.1A時，變阻器連入電路中的阻值最大R_大=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{小}}=\frac{3.5V}{0.1A}$=35Ω，所以變阻器應選用R₂（電路中的最大電流不超過變阻器的0.5A）；
若某次實驗中，滑動變阻器連入的阻值為14Ω，根據分壓原理，$\frac{{R′}_{滑}}{R}=\frac{{U}_{滑}}{{U}_{R}}$，則所選定值電阻的阻值R=$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$×R′_滑=$\frac{2.5}{3.5}$×14Ω=10Ω．
故答案為：（1）指針調零；燈泡斷路；
（2）0.625；變大；
（3）R₂；10Ω．

點評 本題測定燈的電功率，考查實驗前儀器的檢查、常見故障的分析、操作過程、功率的計算、影響電阻大小的因素和器材的選擇等知識，綜合性強，有一定難度．