Question

19．小亮同學做測定“小燈泡的額定電功率”實驗時所用器材有電壓為4.5V的電源、額定電壓為2.5V的小燈泡（小燈泡的額定功率小于1W）、滑動變阻器（30Ω，1A）、以及符合實驗要求的電表、開關和導線．

（1）本實驗的實驗原理是P=UI．
（2）如圖甲所示是他連接的實驗電路，其中有一根導線連接錯誤．請你在錯誤的導線上畫“×”，并用筆畫線代替導線畫出正確的導線．
（3）閉合開關，移動變阻器的滑片P，發現小燈泡始終不亮，電壓表有示數、電流表無示數，原因可能是燈泡斷路 （寫一種即可）．
（4）小亮同學排除故障后閉合開關，為了電路安全，應該緩慢移動滑動變阻器滑片P，同時，眼睛應注視電壓表．
（5）根據測得的幾組數據做出了圖乙所示的I-U圖象，發現電流與電壓不成（選填“成”或“不成”）正比，原因是燈絲電阻隨溫度變化而發生變化．小燈泡的額定功率是0.5W，此時小燈泡的電阻是12.5Ω．該實驗中滑動變阻器除了保護電路外，還有具有調節燈兩端電壓的作用．
（6）小亮利用該電路探究電流跟電阻的關系，他將小燈泡換成多個定值電阻R，保持電壓表示數始終為3V，多次更換阻值不同的定值電阻R，并記錄各次電流表的示數，若不更換其他器材，為了能夠完成實驗，更換的電阻阻值不能夠大于60Ω．

Answer 1

分析 （1）測量小燈泡的額定電功率的實驗原理：P=UI；
（2）實物連接圖中找錯誤之處，主要從電壓表、電流表、滑動變阻器的正確使用上考慮：從電流表、電壓表的量程、連接方式、正負接線柱的接入方法上考慮，從滑動變阻器接線柱的選擇考慮．
（3）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，燈泡斷路時，電路斷路，電路中沒有電流，電流表無示數，電壓表串聯在電路中，電壓表測量電源電壓；燈泡短路時，電路總電阻減小，電路電流增大，電流表示數增大，電壓表測量導線電壓，示數為0；燈泡以外的地方斷路，整個電路都處于斷開狀態，燈泡不亮，電壓表和電流表都沒有示數；
（4）移動滑片時要注意觀察電壓表示數；
（5）燈絲的電阻與溫度有關；根據U-I圖象讀出對應的電壓和電流，利用電功率公式P=UI求出額定功率，利用公式R=$\frac{U}{I}$求出小燈泡兩端的電壓為2.5V時小燈泡的電阻；一般情況下，滑動變阻器的作用是保護電路、改變電路中電流和改變電路兩端電壓的作用；
（6）先根據電壓表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓表的示數；然后根據串聯電路的電阻與電壓的關系，并結合滑動變阻器的最大阻值解答．

解答 解：（1）伏安法測小燈泡電功率的實驗原理是：P=UI；
（2）經分析，滑動變阻器與燈泡并聯錯誤．
如果電流從電流表出來，先經過燈泡，再滑動變阻器，到電源的負極．只移動一根導線的情況下，會造成電壓表測滑動變阻器兩端電壓．
如果電流從電流表出來，先經過滑動變阻器，再經燈泡到電源的負極，只改變一根導線，電壓表測燈泡電壓，符合題意．如圖．

（3）閉合開關，電流表無示數，電壓表有示數，燈不亮，故障可能是燈泡斷路；
（4）排除故障后閉合開關，緩慢移動滑動變阻器滑片P，同時眼睛應注視電壓表示數，使電壓表示數等于額定電壓，讀出此時的電流表示數；
（5）小燈泡燈絲的電流與電壓不成正比，原因是燈絲電阻隨溫度變化而發生變化；
由U-I圖象知U_額=2.5V時，I_額=0.2A，
所以小燈泡的額定功率P_額=U_額I_額=2.5V×0.2A=0.5W；
由U-I圖象知：U_額=2.5V時，I_額=0.2A，
所以此時小燈泡的電阻R=$\frac{{U}_{額}}{{I}_{額}}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；
此題滑動變阻器的作用是使電壓表的示數為額定電壓2.5V，因此具有調節燈兩端電壓的作用；
（6）在探究電流跟電阻的關系的實驗中，保持電壓表示數為3V不變；則根據串聯電路的電流相同的特點得：
I_定值=I_滑動，
即：$\frac{{U}_{定值}}{{R}_{定值}}$=$\frac{U-{U}_{定值}}{{R}_{滑}}$，$\frac{3V}{{R}_{定值}}$=$\frac{4.5V-3V}{30Ω}$，
則R_定值=60Ω，
為了能夠完成實驗，更換的電阻阻值不能夠大于60Ω．
故答案為：（1）P=UI；（2）如上圖；（3）燈泡斷路；（4）電壓表；（5）不成；燈絲電阻隨溫度變化而發生變化；0.5；12.5；具有調節燈兩端電壓；（6）60．

點評 本題考查了伏安法測小燈泡額定功率的實驗，考查了連接實物圖、故障分析、串聯電路電流的規律、歐姆定律和功率計算公式的應用等內容，涉及的知識點較多，但都屬于常見題；知道伏安法測功率的原理是解題的關鍵．