Question

小明想利用以下提供的器材測量兩只小燈泡的電功率（小燈泡的額定電壓分別為2.5V、3.8V，阻值均約為10Ω）．所提供的器材分別有：電流表、電壓表、電源（電壓約為6V）各一個，開關兩個，滑動變阻器（“10Ω 2A”、“50Ω 1A”）兩個，導線基于條．
（1）請按要求在圖中用筆畫線代替導線把電路連接完整

（2）開關在閉合前滑動變阻器的滑片應在________端（選填“左”或“右”），小明在連線過程中，開關應該是________的．按符合設計要求的電路圖正確連接電路后，閉合其中一個開關時發現小燈泡發光過暗．為了完成實驗，他應該將滑動變阻器的滑片往________（選填“左”或“右”）調．
（3）滑動變阻器應該選擇________．
（4）小明依據正確的實驗記錄的數據，畫出了通過額定電壓為2.5V小燈泡的電流隨其兩端電壓變化關系曲線，如圖所示．則這只小燈泡的額定功率是________W，此時電阻為________Ω．
（5）由圖可知，通過小燈泡的電流與它兩端的電壓不成正比，其原因是________．
（6）若這兩個小燈泡正常發光的電阻阻值相同，選測額定電壓為“2.5V”的小燈泡的額定功率后，再測定額定電壓為“3.8V”的小燈泡的額定功率，應該將滑動變阻器的滑片往________（選填“左”或“右”）調，此過程中電流表的示數將________．

Answer 1

解：（1）因為燈泡的額定功率分別為2.5V和3.8V，所以電壓表選擇15V量程；燈泡的阻值均為10Ω，由歐姆定律可得，通過兩個燈泡的電流分別為0.25A和0.38A，因此電流表選擇0.6A量程；
從電源正極開始，使兩個燈泡并聯，開關分別控制兩個燈泡，電流表串聯在干路中，電壓表并聯在燈泡兩端，滑動變阻器串聯在路中保護電路和條件燈泡兩端電壓．如下圖所示

（2）為了更好的保護電路，滑動變阻器的滑片應滑至電阻最大處，即最左端；連接電路時，為了避免電路元件受損，開關要斷開；為了使燈泡正常發光，需調節滑動變阻器的滑片使燈泡兩端電壓增大，即使滑動變阻器接入電路的阻值減小，因此將滑片向右移動；
（3）因為燈泡的阻值為10Ω，電源電壓為6V；選擇“10Ω 2A”的滑動變阻器，當滑片移至最大阻值時，燈泡阻值和滑動變阻器兩端電壓相等，即燈泡兩端電壓的最小值3V，而其中一個燈泡的額定電壓為2.5V，因此該滑動變阻器無法測量額定電壓為2.5V小燈泡的額定功率，故選“50Ω，1A”的滑動變阻器；
（4）圖象中電壓2.5V對應的電流約為0.25A，因此，其額定功率為P=UI=2.5V×0.25A=0.625W，電阻R===10Ω；
（5）從圖中的曲線可以判斷出，燈絲的電阻不是固定的，它隨著溫度的升高而增大．
（6）移動滑片使滑動變阻器接入電路的阻值減小，因此滑片需向右移動；由于電路中總電阻減小，所以電路中電流將增大，即電流表示數變大．
分析：（1）為了測出兩個燈泡的額定功率，需讓兩個燈泡并聯，兩個開關分別控制兩條支路，電流表串聯在干路中測量通過燈泡的電流，滑動變阻器串聯在電路中調節燈泡兩端電壓，電壓表并聯在燈泡兩端；
（2）連接電路時，為了避免電路元件受損，開關要斷開，應將滑動變阻器調到最大阻值．燈泡亮度較暗，說明燈泡兩端電壓較小，需調節滑動變阻器使電路中的電流增大，因此使滑動變阻器接入電路的阻值減小；
（3）根據電源電壓和燈泡的電阻以及滑動變阻器的最大阻值選擇滑動變阻器；
（4）燈泡的額定功率就是在額定電壓下的功率，因此可從圖中讀出數據，利用P=UI和R=求出燈泡的額定功率和電阻；
（5）燈泡燈絲的阻值會隨溫度的變化而變化，因此是不可能完全成正比的；
（6）為了使電壓表示數由2.5V變為3.8V，需增大燈泡兩端電壓，即使電路中的電流增大，則滑動變阻器接入電路的阻值需減小，直到小燈泡電壓達到額定電壓3.8V．
點評：（1）設計電路圖關鍵是要明確實驗的原理，知道各個元件在電路中發揮的作用；
（2）知道要測量和最終算出哪些數據，這就是我們要在實驗表格中記錄的內容；
（3）實驗中選擇的器材要符合實驗的要求才行，包括滑動變阻器的阻值、電表的量程、小燈炮的規格等；
（4）本實驗利用的原理是功率的公式P=UI，這是我們必須明確的；
（5）小燈炮燈絲的阻值會隨溫度的升高而增大，這也是一條普遍的規律，是我們應該了解的．