Question

17．在測量小燈泡電功率的實驗中，電源電壓為4.5V，小燈泡的額定電壓為2.5V，小燈泡正常發光時的電阻約為10Ω，滑動交阻器上標有“20Ω1A”字樣，如圖甲是小聰同學沒有連接完的實物電路．
（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整．要求：當滑動變阻器的滑片向左移動時，連入電路的電阻變大；連線不得交叉．
（2）實驗中，小聰同學連接好電路后，閉合開關，移動滑片，發現小燈泡始終不亮，且電壓表有示數，電流表無示數，則故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）小聰同學閉合開關，移動滑片P到某一位置時，電壓表示數（如圖乙所示）為2.2V，若他想測量小燈泡的額定功率，應將圖甲中滑動交阻器的滑片P向D（選填：“C”或“D”）端移動，使電壓表的示數為2.5V．
（4）小聰同學繼續移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制成圖丙所示的I一U關系圖象，根據圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W．還可以知道燈泡的電阻是變化的，這是因為導體的電阻隨溫度的變化而變化，這種現象在生活中也有體現，例如家里的白熾燈在剛開燈的瞬間，燈絲容易燒斷（選填“容易”或“不容易”）．
（5）空閑之余，小川換用另一個未知電壓的新電源又做了幾次實驗，將小燈泡換成不同的電阻，保持滑動變阻器的滑片在某一個位置不變，得到了如表中的數據，分析數據后有了新的發現：可將電流表改成直接讀出電阻值的歐姆表，請你幫他刻出0.10A處標為50Ω．

次數	1	2	3	4	5
電阻R/Ω	5	10	15	20
電流I/A	0.40	0.30	0.24	0.20	0.10

Answer 1

分析 （1）根據燈泡正常發光時的電流確定電流表量程，根據題目要求確定滑動變阻器的接法，把電流表、滑動變阻器串聯接入電路．
（2）燈始終不亮，電流表無示數，說明電路斷路，電壓表有示數，則與電壓表并聯的電路斷路；
（3）由圖示電壓表確定其量程與分度值，讀出電壓表示數，根據電壓表示數與燈泡額定電壓間的關系，根據電路圖確定滑片的移動方向．
（4）由圖象求出燈泡額定電壓對應的電流，然后由P=UI求出燈泡額定功率；
燈絲的電阻與溫度有關，燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
開燈瞬間燈絲溫度低，電阻小，根據公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$判斷出開燈瞬間電功率的大小，得出結論；
（5）根據表格中任意兩組數據，利用歐姆定律及串聯電路的電壓特點列出關系式，計算出滑動變阻器的阻值及電源電壓；
根據電流值、電源電壓計算出總電阻，減去變阻器的電阻，即可得電阻的阻值．

解答 解：（1）將電流表與燈泡串聯，燈泡正常發光時電流大約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以電流表選用0～0.6A的量程；
將滑動變阻器串聯在電路中，滑片向左移動時，連入電路的電阻變大，則變阻器的下面應連接右邊的接線柱，如圖所示：

（2）燈始終不亮，電流表無示數，說明電路斷路，電壓表有示數，則與電壓表并聯的燈泡斷路；
（3）由圖乙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數為2.2V，低于燈泡的額定電壓，所以應減小滑動變阻器的阻值，將滑片向右即D端滑動，直到電壓表的示數為2.5V；
（4）由圖丙可知，當U=2.5V時，I=0.2A，所以額定電功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
導體的電阻與溫度有關，而燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，剛開燈的瞬間，燈絲的溫度很低，電阻小，所以電流較大，由P=UI可知，此時電功率很大，容易燒壞燈泡；
（5）由表格中數據知：I₁R_滑+I₁R₁=I₂R_滑+I₂R₂，代入數據可知：
0.4A×R_滑+0.4A×5Ω=0.3A×R_滑+0.3A×10Ω
解得：R_滑=10Ω；
電源電壓U=0.4A×10Ω+0.4A×5Ω=6V
滑動變阻器的阻值不變，當I=0.10A時，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.10A}$=60Ω；
則定值電阻的阻值：R=R_總-R_滑=60Ω-10Ω=50Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）2.2；D；（4）0.5；溫度；容易；（5）50．

點評 本題是測量燈泡額定功率的實驗，對于該實驗，首先要掌握其測量原理、相關電路圖，有關實物電路的連接、電路故障的分析，是電學實驗常考的問題．（4）小問是該題的難點，能夠根據表格中數據得出電源電壓和變阻器的阻值是解決問題的關鍵．