Question

12．小紅用如圖甲所示的電路測定小燈泡的額定功率，小燈泡的額定電壓為2.5V，燈絲電阻約為8Ω． 除小燈泡外，實驗室提供的器材有：電壓為6V的電源，電流表（0～0.6A  0～3A），電壓表（0～3V  0～15V），滑動變阻器R₁（20Ω  1.5A），滑動變阻器R₂（5Ω  1A），開關一個，導線若干．實驗前小紅經過分析，電流表選用了（0～0.6A）量程．

（1）為保證實驗的順利進行，提高實驗的準確性，電壓表量程應該選0～3V，滑動變阻器應該選R₁．
（2）請按照小紅設計的電路圖，幫助她用鉛筆畫線代替導線，把乙圖中實物連接圖補充完整．
（3）閉合開關前，滑動變阻器的滑片應移到最右端（選填“左”或“右”）；若連好電路閉合開關瞬間，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數，電壓表指針迅速擺過滿刻度線，則故障可能是燈泡斷路（寫出一種即可）．實驗中，由于某種原因，導致電壓表的示數變?yōu)榱悖�電流表的示數增大，則電路可能出現(xiàn)的故障是燈泡短路．
（4）排除故障后，移動滑片P到某一位置時，發(fā)現(xiàn)電壓表示數為2.0V，若想測量小燈泡的額定功率，應將滑動變阻器的滑片P向左（選填“左”或“右”）端移動．
（5）經過多次實驗收集數據，畫出如圖所示的U-I圖象，計算出小燈泡的額定功率是0.625W．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：燈絲電阻與溫度有關．
（6）不改變上面連好的電路，還可以完成的實驗有：測小燈泡的電阻．（寫出一個即可）．

Answer 1

分析 （1）電壓表應與燈泡并聯(lián)，根據額定電壓選擇量程．由串聯(lián)電路特點求出滑動變阻器兩端電壓，然后由歐姆定律求出滑動變阻器的最大阻值．
（2）在連接電路時，滑動變阻器與燈泡串聯(lián)，滑動變阻器有4個接線柱，選擇一上一下串聯(lián)在電路中．
電流表串聯(lián)在電路中，電壓表與燈泡并聯(lián)，并注意其量程和正負接線柱的接法．
（3）滑動變阻器在電路中可以保護電路，閉合開關前應將滑動變阻器的滑片移動到阻值最大的位置．
閉合開關燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外的電路斷路；電流表無示數可能是電路斷路；電壓表示數接近6V，等于電源電壓，說明電壓表與電源兩端相連，電壓表并聯(lián)電路之外，不存在斷路；綜合分析知電路故障原因是：燈泡斷路．
若電流表有示數；電壓表無示數，說明電壓表并聯(lián)的電路存在短路；即可能是燈泡短路．
（4）因為滑動變阻器可以改變燈泡兩端電壓．根據串聯(lián)電路的分壓特點和歐姆定律判斷如何使燈泡兩端的實際電壓達到額定電壓；
（5）額定電壓下燈泡的實際功率和額定功率相等，根據圖丙讀出燈泡的額定電流，再根據P=UI求出燈泡的額定功率；圖象不是直線說明電壓與電流的比值即電阻是變化的，可以從影響電阻大小的因素進行分析．
（6）不改變以上電路我們還可以做實驗：①滑動變阻器改變電路中的電流，②測小燈泡電阻；③電壓變化不太大的范圍內研究電流跟電壓的關系．

解答 解：（1）電壓表應與燈泡并聯(lián)，由于燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表應選擇0～3V的量程．
燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端電壓：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
燈泡正常工作的電流I=$\frac{{U}_{額}}{R}$=$\frac{2.5V}{8Ω}$=0.3125A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑動變阻器的接入電路的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3125A}$=11.2Ω＞5Ω．
所以應選擇滑動變阻器R₁．
（2）電壓表應與燈泡并聯(lián)，應選擇0～3V的量程．電流從電壓表和電流表的正接線柱流入，從負接線柱流出．滑動變阻器已經選定了上面接線柱，可選擇下面左邊的一個接線柱串聯(lián)在電路中．如圖所示：

（3）閉合開關前，為了保護電路應將滑動變阻器的滑片移動到阻值最大的位置，即滑動變阻器的最右端．
若連好電路閉合開關瞬間，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數，說明電路中有斷路故障；電壓表指針迅速擺過滿刻度線，說明電壓表與電源兩極是連通的，所以故障原因可能是燈泡斷路．
實驗中，由于某種原因，電流表的示數增大，說明電路中的電阻變小，可能的故障是燈泡出現(xiàn)短路，導致電壓表也被短路了，電壓表的示數變?yōu)榱悖?br />（4）此時電壓表示數為2.0V＜2.5V，根據串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可知，電阻大的分擔的電壓多，要想讓燈泡的電壓變大，可以讓變阻器的電壓變小，應使滑動變阻器的阻值變小即可，所以應將滑動變阻器向左移動．
（5）由圖丙知，U=2.5V時，通過燈泡的電流I=0.25A，
則燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
由圖象可知，電壓和電流的比值是變化的，即小燈泡燈絲電阻隨電壓增大而增大，造成燈絲電阻變化的實際原因是燈絲電阻與溫度有關，燈絲溫度越高，燈絲電阻越大．
（6）由圖甲電路圖可知，我們可以測出電路中的電流以及電阻兩端的電壓，那么我們可以利用這個電路來測小燈泡的電阻（或用滑動變阻器改變電路中的電流；在電壓變化不太大的范圍內研究電流跟電壓的關系）．
故答案為：（1）0～3V；R₁；（2）見上圖；（3）右；燈泡斷路；燈泡短路；（4）左；
（5）0.625；燈絲電阻與溫度有關，燈絲溫度越高，燈絲電阻越大；（6）測小燈泡的電阻．

點評 本題考查了電路分析、求滑動變阻器最大阻值、電流表讀數、求燈泡額定功率、電路故障現(xiàn)象分析、實驗設計、判斷實驗方案是否可行等問題，本題難度較大；實驗時要選擇合適的實驗器材規(guī)格．