Question

7．在“測量小燈泡電功率”的實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻大約為10Ω，電源電壓為6V．
（1）甲圖中已有部分電路連好，請用筆畫線代替導線將電路連接完整，要求滑片向右移燈泡變亮．
（2）小明連接好實驗電路，閉合開關，發現無論怎樣移動滑片燈泡都不亮，電流表無示數，電壓表有示數，發生的故障可能是燈泡斷路．

次數	1	2	3	4
電阻/Ω	5	10	15	20
電流/A	0.6	0.3	0.2	0.15

（3）故障排除后重新閉合開關，移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制成圖乙所示的圖象．根據圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W．
（4）在多次測量中，小明還發現：當電壓表的示數增大時，電壓表與電流表的示數之比變大（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（5）完成實驗后，該組同學又找來了幾個不同阻值的電阻代替小燈泡繼續探究“電壓不變時，電流與電阻的關系”，得到的實驗數據如右表，該組同學做完第2次實驗后，用15Ω的電阻代替10Ω的電阻，閉合開關后，應將滑動變阻器的滑片P向A端移動（選填“A”或“B”），完成第三次實驗．
（6）為完成整個實驗，應該選取最大阻值不小于20Ω的滑動變阻器．

Answer 1

分析 （1）根據燈泡額定電壓確定電壓表量程，根據題目要求確定滑動變阻器接法，把滑動變阻器串聯接入電路，電壓表并聯在燈泡兩端．
（2）根據電路故障分析電路故障原因；
（3）從圖象上找到額定電壓對應的點，讀出對應的電流，利用P=UI計算額定功率；
（4）燈絲電阻受溫度的影響，變化較明顯，并且溫度越高，電阻越大；
（5）用15Ω的電阻替換10Ω的電阻，閉合開關后，由于電路總電阻變大，電路電流變小，滑動變阻器兩端電壓變小，由于電源電壓不變，由串聯電路的特點知，電阻兩端電壓變大，要保持電阻兩端電壓不變，應移動滑動變阻器滑片，使滑動變阻器接入電路的阻值變大，電阻兩端的電壓減小，以保證電阻兩端的電壓保持不變；
（6）找出實驗時電路的最小電流，由串聯電路的特點及歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，據此確定滑動變阻器的最大阻值．

解答 解：（1）燈泡額定電壓是2.5V，電壓表選0～3V量程，滑動變阻器在連接時要遵守“一上一下”的原則；
當滑片向右移時燈泡變亮，說明滑動變阻器接入電路中的電阻減小，
所以從開關出來的導線應與滑動變阻器右邊下方接線柱連接，連接好的電路圖如圖所示：

（2）如果燈泡斷路，則電路斷路，電流表示數為零，電壓表與電源兩端相連，
電壓表示數接近電源電壓，故電路故障是燈泡斷路；
（3）由圖象知，當燈的電壓是2.5V時，對應的電流值為0.2A，額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）燈絲的電阻隨溫度的升高而變大，所以電壓與電流的比值--電阻是變大的；
（5）由表中實驗數據知，電阻兩端的電壓為5Ω×0.6A=3V保持不變；為保證電阻兩端的電壓保持不變，用15Ω的電阻替換10Ω的電阻，閉合開關后，應將滑動變阻器的滑片P向A端移動，使電壓表的示數為3V，完成第三次實驗，通過實驗可以得到：電壓一定時，電流與電阻成反比；
（6）探究“電流與電阻的關系”，實驗中控制電阻R兩端的電壓為3V不變，
由題定值電阻R與滑動變阻器串聯，電阻R的最大阻值R=20Ω，電路中電流最小，
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{20Ω}$=0.15A，
此時的總電阻最大值為：
R_總=$\frac{{U}_{總}}{I}$=$\frac{6V}{0.15A}$=40Ω，
所以要求滑動變阻器的最大值不能小于：R_滑=R_總-R=40Ω-2Ω=20Ω．
故答案為：（1）如上圖； （2）燈泡斷路； （3）0.5；（4）變大；（5）A； （6）20．

點評 本題考查了電路故障分析、求燈泡額定功率、燈泡電阻與溫度的關系、電功率的變化以及滑動變阻器規格的選擇，設計的知識點多，綜合性較強，具有一定的代表性．