Question

14．小明同學在做“測定小燈泡正常發光時的電阻”的實驗時，所用電源電壓保持不變，實驗用小燈泡上標有“0.2A”（正常發光時的電流）字樣．
（1）如圖是小明連接的不完整的實驗電路，請你幫他將圖中未連接部分接好，要求：滑動變阻器的滑片向右移動時燈泡變亮．

（2）小明將電路連好后，閉合開關時，發現小燈泡不亮，電流表指針幾乎不動，電壓表的示數為4.5W，則此故障可能為小燈泡斷路（選填“小燈泡短路”、“小燈泡斷路”或“滑動變阻器斷路”）．
（3）小明排除故障后按照正確的操作進行實驗，當他閉合開關時，發現電壓表、電流表的示數分別為1.5V和0.15A，然后移動滑動變阻器的滑片，當小燈泡正常發光時，滑片恰好在變阻器的中點上，小燈泡正常發光時的電阻12.5Ω，所用滑動變阻器的最大阻值為20Ω，燈泡正常發光時的電阻比1.5V時的電阻大，電阻變化的原因是燈泡在不同電壓下的實際功率不同，燈絲的溫度不同．

Answer 1

分析 （1）將電流表、滑動變阻器串聯在電路中，電壓表與燈泡并聯；
（2）小燈泡不亮，電流表指針不動，則電路斷路，電壓表有示數，則與電壓表并聯的電路斷路；
（3）根據閉合開關時，電壓表、電流表的示數分別為1.5V和0.15A可求出所用滑動變阻器的最大阻值R，然后即可知滑片恰好在變阻器的中點時的阻值，再根據“小燈泡上標有“0.2A”字樣和當小燈泡正常發光時，滑片恰好在變阻器的中點上”利用U=RI求出滑動變阻器兩端電壓，用電源電壓減去滑動變阻器兩端電壓即為燈泡兩端電壓，再利用P=UI即可求出小燈泡的額定功率．

解答 解：（1）將電流表與燈泡串聯，由題意知，應選擇0～0.6A量程；
將滑動變阻器串聯在電路中，滑動變阻器的滑片向右移動時燈泡變亮，則變阻器的阻值變小，所以下面應接右邊的接線柱；
電壓表與燈泡并聯，可選擇0～15V量程，如下圖所示：

（2）由分析可知，燈泡不亮，電流表示數為0，則說明電路斷路，電壓表有示數，則說明與電壓表并聯的燈泡斷路；
（3）由（2）知，電源電壓為4.5V，由“電壓表、電流表的示數分別為1.5V和0.15A”可知，電路中的電流I=0.15A，小燈泡兩端的電壓U_燈=1.5V，滑動變阻器兩端的電壓U_R1=U-U_燈=4.5V-1.5V=3V，此時滑動變阻器的阻值最大，則R=$\frac{{U}_{R1}}{I}$=$\frac{3V}{0.15A}$=20Ω，
因為“當小燈泡正常發光時，滑片恰好在變阻器的中點上”所以此時U_R2=I_額×$\frac{R}{2}$=0.2A×$\frac{20Ω}{2}$=2V，
U_燈額=U-U_R2=4.5V-2V=2.5V，所以此時燈泡的電阻R_L=$\frac{{U}_{燈額}}{{I}_{額}}$=12.5Ω；
由于燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，燈泡正常發光時溫度比1.5V時溫度更高，所以電阻更大．
故答案為：（1）見上圖；（2）小燈泡斷路；（3）12.5；20；大；燈泡在不同電壓下的實際功率不同，燈絲的溫度不同．

點評 本題是測量小燈泡正常發光時的電阻實驗，考查了電路的連接、電路故障的分析、電阻的計算及燈絲電阻與溫度的關系，（3）是該題的難點，關鍵利用歐姆定律判斷出滑動變阻器的最大阻值．