Question

8．科技小組的同學們準備對一個標有“2.5V  0.8W”的燈泡的功率值進行檢測．他們用如圖（a）所示的電路圖來進行實驗，其中滑動變阻器上標有“20Ω  2A”字樣．
（1）（a）圖所連電路有兩根導線還未連接好，請你幫他完成電路的連接（滑片P向右滑時燈泡變亮，其它導線改動）．

（2）實驗電路接好后，閉合開關時，部分同學發(fā)現(xiàn)電路出現(xiàn)故障，主要有下表所列的兩種情況，請根據故障現(xiàn)象和檢測結果指出故障的可能原因（電路中只有一處故障，且電流表電壓表完好）：①滑動變阻器同時接到下面的兩個接線柱．②燈泡斷路．

故障現(xiàn)象	檢測結果	故障原因
燈泡較暗、兩表的示數均 較小	移動滑動變阻器滑片，現(xiàn)象不變	①
燈泡不亮、電壓表示數較 大、電流表無示數	取下燈泡，兩表的示數不變	②

（3）排除故障后，按正確操作步驟進行實驗，閉合開關，發(fā)現(xiàn)小燈泡發(fā)光較暗，電流表、電壓表的示數如圖（b）所示，他所用的電源電壓為4.5V．接著他移動滑動變阻器的滑片P，當觀察到電壓表的示數為2.5V時，此時滑動變阻器的滑片恰好在中點上，則小燈泡正常發(fā)光時的功率為0.5W．
（4）假如燈泡鎢絲的粗細是一定的，當燈泡的功率為標定的功率時，設燈絲的長度為L₀，那么實際上這個燈泡鎢絲的長度比L₀長（填“長”或“短”）．
（5）同學們已經做過的測量型實驗可以分成兩種：用刻度尺測量課本長度叫做直接測量；而速度的測量需要用刻度尺和計時器分別測出路程和時間，再通過計算求出速度，這叫做間接測量．下列實驗所用的測量方法與本題電功率的測量方法不相同的是C．（填對應的字母）
A、固體密度的測量　　　　B、導體電阻的測量　　　　C、電路中電流的測量．
（6）實驗小組的另一位同學認為把燈泡更換成一個定值電阻，還可以探究電流與電壓的關系，該同學的說法是的正確（選填“正確”或“錯誤”）．

Answer 1

分析 （1）測量功率的實驗中，電流表與滑動變阻器串聯(lián)連接，電壓表與燈泡并聯(lián)，注意滑動變阻器按一上一下的接線原則；根據燈泡的額定電壓確定電壓表的量程；
（2）當把滑動變阻器的兩個下接線柱接入了電路時，滑片移動時，燈的亮度不變，且較暗，燈的電壓較小，電流也較�。划敓艚z斷了時，把燈從燈座上取下來，電壓表的示數是不變的，電流表也不會有示數的，是發(fā)生了斷路的．
（3）實驗步驟正確，閉合開關時滑動變阻器接入電路的阻值為滑動變阻器的最大阻值，由圖2讀出電表示數，由公式U=IR及串聯(lián)電路特點求出電源電壓；由串聯(lián)電路特點求出電壓表示數為2.5V時滑動變阻器兩端電壓，然后由歐姆定律求出電路電流，最后由電功率公式P=UI求出燈泡正常發(fā)光時的電功率．
（4）導體電阻由導體的材料、長度、橫截面積決定，在材料、橫截面積一定的情況下，
導體電阻與導體的長度成正比；根據燈泡的電壓相同與功率的關系由公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$判斷出合格燈泡與實際燈泡的電阻大小關系，然后根據燈泡電阻與燈絲長度的關系，判斷燈絲是長了還是短了．
（5）電功率的測量方法是間接測量，逐個分析實驗所用的測量方法，即可找出與本題實驗不相同的實驗．
（6）測燈泡電阻實驗與探究“導體上的電流與電壓的關系”實驗原理相同，探究“導體上的電流與電壓的關系”，要保證電阻阻值保持不變，因此將燈泡換成定值電阻即可．

解答 解：（1）因為燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程選擇0～3V，電壓表與燈泡并聯(lián)，
滑動變阻器P向右滑時燈泡變亮，即應將滑片P右邊的電阻接入電路，所以電源的正極與B接線柱相連，如下圖所示：
（2）①燈泡較暗，說明電路中電阻很大，同時移動滑片時，現(xiàn)象不變，說明滑動變阻器同時接到下面的兩個接線柱．
②電流表無示數，說明電路中有斷路或電流表短路，而燈泡不亮，電壓表有示數，說明燈泡斷路．
（3）由圖2可知，電流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數是0.14A；
由圖（b）可知電壓表量程是0～3V，最小分度值是0.1V，電壓表示數是1.7V；
閉合開關時，滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=20Ω，
電源電壓U=U_L+U_滑=U_V+IR_滑=1.7V+0.14A×20Ω=4.5V；
當電壓表示數等于燈泡額定電壓2.5V時，滑動變阻器兩端的電壓U_滑′=U-U_L額=4.5V-2.5V=2V，
此時電路電流I′=$\frac{{U}_{{滑}^{′}}}{\frac{{R}_{滑}}{2}}$=$\frac{2V}{\frac{20Ω}{2}}$=0.2A，燈泡正常發(fā)光時的功率P=U_L額I′=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得：R=$\frac{{U}^{2}}{P}$，
因為P_實=0.5W，P_合格=0.8W，
所以燈泡兩端的電壓相同時，R_實＞R_合格，
因為在材料、橫截面積一定的情況下，導體電阻與導體的長度成正比；
所以燈絲的實際長度l比規(guī)定長度l₀長；
（5）A、固體密度的測量，需要測量固體的質量和體積，利用ρ=$\frac{m}{V}$求出的，屬于間接測量方法；
B、導體電阻的測量，需要測量導體兩端的電壓和通過的電流，利用R=$\frac{U}{I}$求出的，屬于間接測量方法；
C、電路中電流的測量，可以利用電流表直接測量得出，屬于直接測量方法．
本題電功率的測量方法是間接測量方法，所以與本題電功率的測量方法不相同的是C．
（6）若在上述實驗的基礎上接著探究“導體上的電流與電壓的關系”，只需將燈泡換成定值電阻即可，故該同學的說法正確．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）滑動變阻器同時接到下面的兩個接線柱；燈泡斷路；（3）4.5；0.5；（4）長；（5）C；（6）正確．

點評 本題考查了求電源電壓、燈泡功率、電路故障分析等問題，熟練應用串聯(lián)電路特點及歐姆定律、電功率公式是正確解題的關鍵．知道當滑動變阻器只接了下邊的兩個接線柱時，是接成了定值電阻，電路中的總電阻較大，故電流較�。�
同時考查判斷燈絲實際長度與規(guī)定長度間的關系，由燈泡銘牌及表中數據找出需要的數據，掌握功率公式及其變形公式，掌握歐姆定律，知道影響導體電阻大小的因素是正確解題的關鍵．