Question

6．在“測量小燈泡電功率”的實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V，正常發光的電阻約為10Ω電源電壓為6V，可供選擇的滑動變阻器R₁（10Ω，2A）和R₂（40Ω，1A）．

（1）如圖甲中已有部分電路連好，請用筆畫線代替導線將電路連接完整，要求滑片P向右滑時燈泡變暗．
（2）本實驗應選擇的滑動變阻器是R₂（填“R₁”或“R₂”）．
（3）小明正確連接電路后，閉合開關，發現燈泡不亮，電流表沒有示數，電壓表有示數且接近電源電壓，小明分析后判斷小燈泡斷路．
（4）故障排除后重新閉合開關，移動滑動變阻器滑片P到某一位置時，電壓表的示數如圖乙，此時，小燈泡兩端的電壓為2.2V，若要測量小燈泡的額定功率，應將該圖甲中滑片P向A（填“A”或“B”）端移動．
（5）小明移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制成圖丙所示的圖象，根據圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.75W．該圖象不是直線，主要原因是燈絲電阻是變化的（燈絲電阻隨溫度升高而增大）．
（6）完成實驗后，小明又找來了幾個不同組織的定值電阻代替小燈泡繼續“探究電流與電阻的關系”，得到兩組數據分別是“5Ω，0.6A”和“10Ω，0.3A”，小明做完第2此實驗后，用15Ω的電阻代替10Ω的電阻，閉合開關后，應將滑動變阻器的滑片P向B（填“A”或“B”）端移動，使電壓表的示數為3V，完成第三次實驗．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器要與小燈泡串聯接入電路，采取“一上一下”的接法，根據題目要求選擇下接線柱；電壓表量程的選擇根據燈泡的額定功率選擇；把滑動變阻器、開關串聯接入電路，電壓表并聯在燈泡兩端；
（2）求出燈泡正常發光時滑動變阻器接入電路的阻值，然后選擇滑動變阻器；
（3）開關閉合時，發現電壓表有示數，說明電壓表兩接線柱之間與電源是通路，而電流表無示數說明電路某處出現斷路，燈泡不亮，說明故障出現在燈泡處，由此判斷電路的故障；
（4）根據電壓表的量程、分度值以及指針的位置，讀出電壓表的示數；要測量燈泡額定功率，必須使燈泡正常發光．根據串聯電路分壓關系確定滑片移動方向；
（5）燈泡正常發光，電壓表示數等于燈泡額定電壓時，根據圖象找出額定電壓下對應的額定電流，由P=UI求出燈泡額定功率；定值電阻的阻值不變，它的伏安特性圖象是一條傾斜的直線．小燈泡的伏安特性曲線不是直線，原因是電阻隨溫度增大而發生了變化；
（6）用15Ω的電阻替換10Ω的電阻，閉合開關后，由于電路總電阻變大，電路電流變小，滑動變阻器兩端電壓變大，由于電源電壓不變，由串聯電路的特點知，電阻兩端電壓變大，要保持電阻兩端電壓不變，應移動滑動變阻器滑片，使滑動變阻器接入電路的阻值變大，燈泡兩端的電壓減小，以保證電阻兩端的電壓保持不變．

解答 解：
（1）要求滑片P向右滑時燈泡變暗，開關右端與滑動變阻器A端串聯接入電路；燈泡額定電壓U_額=2.5V＜3V，所以電壓表應選用0～3V量程，與燈泡右接線柱并聯接入電路，電路圖如下圖所示：

（2）燈泡正常發光時的電流I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
燈泡正常發光時滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
由于是串聯電路，則滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，滑動變阻器應選“40Ω 1A”，即滑動變阻器R₂；
（3）開關閉合時，發現電壓表有示數，說明電壓表兩接線柱之間與電源是通路，而電流表無示數說明電路某處出現斷路，燈泡不亮，說明故障出現在燈泡處，由此判斷電路的故障為小燈泡斷路；
（4）由圖乙中電壓表可知，其量程為0～3V，分度值為0.1V，小燈泡兩端電壓為2.2V；
要使得小燈泡的電壓增大到2.5V，由于電源電壓不變，則需要使得滑動變阻器的電壓變小，根據串聯電路中電壓之比等于電阻之比，所以應該使得滑動變阻器的有效阻值變小，故需將滑片向A端移動；
（5）由圖丙可知，小燈泡正常發光時的電壓為U_額=2.5V，則此時通過小燈泡的額定電流為I_額=0.3A，燈泡額定功率P_額=U_額I_額=2.5V×0.3A=0.75W；
小燈泡的I-U圖象不是直線，原因是燈絲電阻隨溫度升高而增大；
（6）由兩組實驗數據知，電阻兩端的電壓為5Ω×0.6A=3V保持不變；為保證電阻兩端的電壓保持不變，用15Ω的電阻替換10Ω的電阻，由于電阻的阻值增大，會使電阻兩端電壓變大，要保持電阻兩端電壓為3V不變，由于電源電壓是不變的，此時應增大滑動變阻器兩端的電壓，相應地應將滑動變阻器連入電路的阻值變大，即滑片P向B端移動，使電壓表的示數仍為3V，完成第三次實驗．
故答案為：（1）實物電路如上圖所示；
（2）R₂；  （3）小燈泡斷路；   （4）2.2 V； A；
（5）0.75；   燈絲電阻是變化的（燈絲電阻隨溫度升高而增大）；   （6）B； 3．

點評 本題考查了連接實物電路圖、滑動變阻器的選擇、電路故障的判斷、電表讀數、求功率、實驗電路圖象的評估等問題，要注意小燈泡的電阻隨溫度的變化而變化，也要注意控制變量法在實驗中的應用．