Question

7．小王同學做“測定小燈泡額定功率”的實驗，所用實驗器材包括：電源（電壓約6V）、開關、電壓表、電流表各一個，導線若干，待測額定電壓為2.5V的小燈泡若干（電阻約7Ω），滑動變阻器兩個（A：“5Ω  2A”；B：“20Ω  0.5A”）

（1）如圖甲所示，是小王同學已連接的部分電路，請你用筆畫線代替導線，幫他完成電路的連接（要求：①不改動已連接導線，連接時導線不交叉，②滑動變阻器滑片P向右移動時，小燈泡變暗）；
（2）小王同學所選用的滑動變阻器是B（選填“A”或“B”）；
（3）小王同學電路連接無誤，試觸開關，發現電壓表指針超量程，于是，將電壓表量程換大，但無論怎樣移動滑動變阻器的滑片小燈泡都不亮，電壓表示數始終為6V，電流表示數始終為0，則電源電壓為6V，產生這個故障的原因可能是小燈泡斷路；
（4）電路故障排除后，小王調節滑動變阻器，發現電壓表如圖乙所示，為了測定小燈泡的額定功率，小王應向左 （選填“左”或“右”）移動滑動變阻器的滑片，使電壓表示數為2.5V；
（5）小王移動滑動變阻器的滑片，記錄多組小燈泡兩端不同的電壓及對應的電流值，根據這些數據，在坐標紙上繪制出了通過小燈泡的電流與兩端電壓變化關系的圖象（如圖丙所示）．分析圖象可知，小燈泡的額定功率是0.625W，小燈泡正常工作時燈絲電阻為10Ω；從圖象還可以看出，小燈泡消耗功率為0.3W時其電阻為7.5Ω；
（6）小紅同學在評價交流時，發現有的同學將電壓表連接成如圖丁所示電路，由于電流表與電壓表對電路的影響，則這種連接測量出的電阻值比實際電阻偏大（選填“大”或“小”）．

Answer 1

分析 （1）電流表、滑動變阻器與燈泡串聯，電壓表與燈泡并聯，并注意電流表、電壓表量程的選擇，根據題目要求確定滑動變阻器下面所接的接線柱；
（2）根據燈泡正常發光時，計算出滑動變阻器接入電路的最小阻值即可選擇正確的滑動變阻器；
（3）電流表示數為零說明電路斷路，電壓表有示數說明電壓表和電源連接的部分電路正常；
（4）根據電壓表的量程和分度值讀出燈泡兩端電壓，然后與燈泡的額定電壓比較，并確定滑片移動的方向；
根據實際電壓和額定電壓的關系，判斷實際功率與額定功率的關系；
（5）根據圖象知額定電流，然后利用P=UI求出燈泡的實際功率、根據R=$\frac{U}{I}$求出電阻、根據P=UI從圖象中看出當功率為0.3W是的電流和電壓；
（6）此時電壓表測量的電壓是電流表和燈泡串聯后的總電壓，電流表在理論上沒有電阻，但實際上也有電阻，只不過電阻較小．

解答 解：（1）小燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表量程選0-3V，且電壓表與燈泡并聯，電壓表正接線柱靠近電源的正極，負接線柱靠近電源負極；又要求滑片P向移動時變阻器阻值變大，所以應連接滑動變阻器下面左邊的接線柱．故連接實物圖如下：

（2）當燈泡正常發光時，電路中的電流：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{7}$=0.36A，此時滑動變阻器接入電路的阻值：R′=$\frac{6V-2.5V}{0.36A}$=9.7Ω，故選擇滑動變阻器B；
（3）電流表的示數為零說明電路中有斷路，再根據電壓表的示數判斷出電路故障．電壓表有示數，說明電壓表的兩個接線柱和電源連接的部分沒有斷路，因此故障是小燈泡處發生斷路了，電壓表示數為5V，故于電源電壓；
（4）圖乙電壓表量程為0-3V，分度值為0.1V，因此燈泡兩端的實際電壓為1.8V小于燈泡的額定電壓2.5V，因此需使滑動變阻器接入電路中的電阻減小，故滑片向左移動；
此時的實際電壓低于額定電壓，所以實際功率小于燈泡的額定電功率；
（5）由圖象丙知，當U=2.5V時，對應的電流為I=0.25A，故燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
根據圖象知當電壓U=1.5V，電流I=0.2A時，功率P=UI=1.5V×0.2A=0.3W，故電阻R′=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{1.5V}{0.2A}$=7.5Ω
（4）由圖丙知，電流表的內接法測量電阻，此時燈泡中的電流等于電流表的示數．由于電流表也有一定的電阻值，所以電流表的兩端也有電壓，此時的電壓表測量的是燈泡與電流表串聯后的總電壓，所以電壓表的示數要比燈泡兩端的電壓大一些，根據R=$\frac{U}{I}$，所以測量的電阻值要比實際電阻大．
故答案為：（1）電路如圖；（2）B；（3）6；小燈泡斷路；（4）左；（5）0.625；10；7.5；（6）大．

點評 解決本題的關鍵：一是電流表和滑動變阻器的正確使用，二是電路故障分析和從表格中得到有用的信息，三是知道額定功率和實際功率的關系．本題考查了電功率的測量實驗中電路的連接，電流表的讀數，計算電功率，本實驗電路還可以用來測量燈泡的電阻．
電流表的連接有兩種方式：電流表的內接法；電流表的外接法．當電流表內接時，測量的電流是準確的，但測量的電壓要比燈泡兩端的實際電壓要大．
當電流表外接時，測量的電壓是準確的，但電流要比實際電流要小．