Question

4．小紅小組要測定額定電壓為2.5V的小燈泡的電阻．現有如下器材：電流表一只（量程0～0.6A和0～3A）；電壓表一只（量程0～3V和0～15V）；滑動變阻器兩只（甲標有“5Ω　1A”，乙標有“20Ω　2A”）；開關一個；干電池若干節；導線若干．
（1）根據你的估算和實驗經驗，滑動變阻器應選用甲（填“甲”或“乙”），實驗更便于完成．
（2）小紅小組用2節干電池（已使用）正確連接電路后，無論怎樣調節滑動變阻器，小燈泡兩端的電壓都達不到2.5V，他們應該換新電池．
（3）小紅小組實驗記錄和計算如表：

電壓U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
電流I/A	0.24	0.28	0.32	0.34
功率P/W	0.36	0.56
燈泡發光情況	燈絲暗紅	微弱發光	正常發光	發光很亮

①小燈泡的額定功率是0.8W；
②根據她們觀察的現象和記錄的實驗數據，你可以得出的結論是：燈泡電壓增大，實際功率增大；燈泡實際功率增大，燈泡亮度增加，燈泡的亮度由實際功率決定；
③在正常發光下，小燈泡的電阻是7.8Ω； 
④請在坐標圖中畫出小燈泡的電壓和電流關系的圖象；
⑤根據畫出的圖象，你得出的結論是：隨電壓和電流的增大，燈絲的溫度升高，燈泡燈絲的電阻也在增大．
（4）當小紅小組將小燈泡兩端的電壓調到3V正在記錄實驗數據時，小燈泡突然熄滅，仔細觀察是小燈泡鎢絲被燒斷，這時她們進一步觀察到的實驗現象是：電流表的示數變小；電壓表的示數變大．（均填“變大”、“變小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）燈泡的額定電壓為2.5V，一般選擇由2節干電池組成的3V電源，燈泡的電阻一般是10Ω左右，根據歐姆定律求出燈泡的電流，再求出與燈泡串聯的滑動變阻器兩端的電壓，求出需要的滑動變阻器的最小電阻．滑動變阻器規格的選擇：滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路最大電流，滑動變阻器的最大電阻稍大于電路需要的電阻．
（2）已經使用的干電池向外供電的電壓減小，2節使用過的干電池串聯后向外供電，電壓達不到3V，要使燈泡兩端獲得3V的電壓，可以換2節新干電池．
（3）①在表格中找燈泡在2.5V時的電流，根據P=UI計算燈泡的額定功率．
②根據P=UI計算燈泡在3.0V電壓時的實際功率．從表格中分析，I-U、P-U、燈泡亮度與功率的關系．
③根據R=$\frac{U}{I}$計算燈泡在2.5V時的電阻．
④在坐標中，描出電壓和電流的對應點，描繪燈泡電阻的圖象
⑤由圖象分析，燈泡電壓和電流在增大，電阻如何變化．
（4）燈泡熄滅，燈絲被燒斷，電路斷路，電流表示數為0，電壓表串聯在電路中，電壓表測電源電壓．

解答 解：（1）燈泡額定電壓為2.5V，一般選擇2節干電池串聯，電源電壓為3V，燈泡的電阻大約為10Ω，
所以與燈泡串聯的滑動變阻器電壓為：
U₁=U-U_L=3V-2.5V=0.5V．
燈泡電流：
I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
所以滑動變阻器電阻：
R₁=$\frac{{U}_{1}}{I}$=$\frac{0.5V}{0.25A}$=2Ω，
電路電流約為0.25A，電路需要滑動變阻器電阻為2Ω，
選擇“5Ω  1A”的滑動變阻器，既能滿足實驗要求，又能準確測量電壓和電流，故選甲．
（2）已經使用的干電池，內阻增大，向外供電電壓減小，兩節干電池電壓小于3V，要使燈泡獲得2.5V電壓，要增大電壓，換新電池．
（3）①燈泡額定功率為：P_L=U_LI_L=2.5V×0.32A=0.8W（填入表格）．
②燈泡在3V電壓時，實際功率為：P′=U′I′=3.0V×0.34A=1.02W（填入表格）．

電壓U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
電流I/A	0.24	0.28	0.32	0.34
功率P/W	0.36	0.56	0.8	1.02
燈泡發光情況	燈絲暗紅	微弱發光	正常發光	發光很亮

由表格數據及現象得：燈泡電壓增大，電流增大；燈泡電壓增大，實際功率增大；燈泡實際功率增大，亮度增加，燈泡的亮度由實際功率決定．
③小燈泡正常發光時的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}$=$\frac{2.5V}{0.32A}$=7.8Ω．
④在圖象上描出（0.24，1.5）（0.28，2.0）（0.32，2.5）（0.34，3.0）各點，用光滑的曲線連接各點．如圖．

⑤如圖，燈泡電壓增大，電流增大，電壓增大值更大一些，$\frac{U}{I}$的值更大，
所以，燈泡電壓增大，電流增大，燈絲電阻也在增大．
（4）燈泡熄滅，燈絲燒斷，電路斷路，電流表串聯在電路中無示數，所以電流表示數減小為0，
燈絲燒斷后，電壓表串聯在電路中，電壓表測電源電壓，所以電壓表的示數增大至等于電源電壓．
故答案為：（1）甲；（2）換新電池；（3）①0.8；②燈泡電壓增大，實際功率增大；燈泡實際功率增大，燈泡亮度增加，燈泡的亮度由實際功率決定；③7.8；④如上圖；⑤隨電壓和電流的增大，燈絲的溫度升高，燈泡燈絲的電阻也在增大；（4）變小；變大．

點評 本題考查了測“小燈泡電功率”的實驗中實驗器材的正確使用、電路的連接、電路故障分析和利用歐姆定律及電功率的計算等問題，雖綜合性強，但都是很基礎、很重點的知識，只要掌握以上知識點，解決此題并不是很難．