Question

9．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(fā)光時的電阻約為10Ω，實驗室有三個滑動變阻器可選：甲為“10Ω，0.5A”，乙為“20Ω，0.2A”，丙為“100Ω，1A”．

（1）此實驗選擇甲（選填“甲”、“乙”或“丙”）滑動變阻器比較合適．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．
（2）電路檢查無誤后，小宇同學閉合開關(guān)，電壓表示數(shù)如圖乙，這時他若想測量小燈泡的額定功率，他應將滑動變阻器的滑片向B滑動（選填“A”或“B”）．
（3）小宇同學繼續(xù)實驗，記錄多組數(shù)據(jù)，并繪制成圖丙所示的I-U關(guān)系圖象，根據(jù)圖象信息，可以得出：小燈泡的額定功率是0.5W；小燈泡的實際功率隨實際電壓的增大而增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）實驗結(jié)束后，小宇又分別計算出三次實驗時燈絲的電阻，發(fā)現(xiàn)三次燈絲的電阻并不相等，這是因為溫度對燈絲電阻有影響．
（5）乙組同學在研究燈泡電功率變化情況時，想通過測量來比較以下兩種情況燈泡電功率的大小關(guān)系：①燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電功率P₁；②燈泡實際電流為額定電流一半時的電功率P₂．老師告訴他們不用測量也可以比較，同學們經(jīng)過分析得出P₁與P₂間正確的關(guān)系是P₁＞P₂．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡的額定電壓和電阻可知，通過的電流為0.25A，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點和歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的電阻，即可判斷其規(guī)格．
根據(jù)題目要求確定滑動變阻器的接法，然后把燈泡、電流表、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入電路．
（2）由圖示電表確定其量程與分度值，然后讀出其示數(shù)，根據(jù)電壓表示數(shù)與燈泡額定電壓的關(guān)系確定滑片的移動方向．
（3）由圖示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，應用P=UI分析燈泡實際功率如何變化．
（4）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．把燈泡拔出，電路斷路，然后分析電表示數(shù)變化情況．
（5）如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時的電流等于額定電流的一半，其實際功率等于額定功率的四分之一；實際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電流大于額定電流的一半，此時燈泡實際功率大于額定功率的四分之一；如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時，燈泡實際功率等于額定功率的四分之一，實際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時的電阻，則燈泡實際功率小于額定功率的四分之一；

解答 解：（1）已知燈泡的額定電壓為2.5V時，則正常工作的電流為I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＞0.2A，可知乙滑動變阻器不可選；
當燈泡正常工作時，滑動變阻器兩端的電壓為U₁=U-U_額=4.5V-2.5V=2V時，
由I=$\frac{U}{R}$得：滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{0.25A}$=8Ω＜10Ω，
故選擇變阻器甲即可；
當滑動變阻器的滑片向左移動時，連入電路的電阻變大，滑動變阻器應接右下接線柱，把電流表、燈泡、滑動變阻器、開關(guān)串聯(lián)接入電路，實物電路圖如圖所示：

（2）由圖乙所示電壓表可知，其量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，小于燈泡額定電壓，若要測量小燈泡的額定功率，應將圖甲中滑片P向B端移動，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
（3）由圖丙所示的I-U關(guān)系圖線可知，燈泡額定電壓2.5V對應的電流為0.2A，小燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；由圖示圖象可知，隨U增大電流I增大，燈泡實際功率P=UI增大，由此可知，小燈泡的實際功率隨實際電壓的增大而增大．
（4）因為燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，而燈泡兩端電壓發(fā)生變化時，燈絲的溫度就發(fā)生變化，所以計算出三次實驗時燈絲的電阻不同．
（5）由于燈泡電阻隨溫度升高而增大；由圖示圖象可知：
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈泡實際電壓為其額定電壓一半時，它的實際功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_額，
由P=I²R可知，實際電流等于額定電流一半時，實際功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_額，
故P₁＞P₂．
故答案為：（1）甲；圖略
（2）B；
（3）0.5；增大；
（4）溫度；
（5）＞．

點評 本題考查測量小燈泡的額定功率實驗，考查了連接電路過程中需注意的問題，電流表的讀數(shù)及功率的計算，同時考查了在沒有電壓表時測量電功率的方法以及比較燈泡實際功率大小，有一定的難度．