Question

7．在“測量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)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(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)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(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動(dòng)滑片燈泡都不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，發(fā)生的故障可能是燈泡斷路．

次數(shù)	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(guān)，移動(dòng)滑片P，記下多組對(duì)應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖乙所示的圖象．根據(jù)圖象信息，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.5W．
（4）在多次測量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電壓表的示數(shù)增大時(shí)，電壓表與電流表的示數(shù)之比變大（選填“變大”、“變小”或“不變”）．
（5）完成實(shí)驗(yàn)后，該組同學(xué)又找來了幾個(gè)不同阻值的電阻代替小燈泡繼續(xù)探究“電壓不變時(shí)，電流與電阻的關(guān)系”，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如右表，該組同學(xué)做完第2次實(shí)驗(yàn)后，用15Ω的電阻代替10Ω的電阻，閉合開關(guān)后，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A端移動(dòng)（選填“A”或“B”），完成第三次實(shí)驗(yàn)．
（6）為完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該選取最大阻值不小于20Ω的滑動(dòng)變阻器．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燈泡額定電壓確定電壓表量程，根據(jù)題目要求確定滑動(dòng)變阻器接法，把滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端．
（2）根據(jù)電路故障分析電路故障原因；
（3）從圖象上找到額定電壓對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，讀出對(duì)應(yīng)的電流，利用P=UI計(jì)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(guān)后，由于電路總電阻變大，電路電流變小，滑動(dòng)變阻器兩端電壓變小，由于電源電壓不變，由串聯(lián)電路的特點(diǎn)知，電阻兩端電壓變大，要保持電阻兩端電壓不變，應(yīng)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，使滑動(dòng)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(shí)驗(yàn)時(shí)電路的最小電流，由串聯(lián)電路的特點(diǎn)及歐姆定律求出此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，據(jù)此確定滑動(dòng)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(dòng)變阻器在連接時(shí)要遵守“一上一下”的原則；
當(dāng)滑片向右移時(shí)燈泡變亮，說明滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻減小，
所以從開關(guān)出來的導(dǎo)線應(yīng)與滑動(dòng)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(shù)為零，電壓表與電源兩端相連，
電壓表示數(shù)接近電源電壓，故電路故障是燈泡斷路；
（3）由圖象知，當(dāng)燈的電壓是2.5V時(shí)，對(duì)應(yīng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(guān)后，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向A端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為3V，完成第三次實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)可以得到：電壓一定時(shí)，電流與電阻成反比；
（6）探究“電流與電阻的關(guān)系”，實(shí)驗(yàn)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(dòng)變阻器串聯(lián)，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(shí)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(dòng)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(diǎn)評(píng) 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(guān)系、電功率的變化以及滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選擇，設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)多，綜合性較強(qiáng)，具有一定的代表性．