Question

19．在測量小燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)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(shí)的電阻約為10Ω，滑動(dòng)變阻器上標(biāo)有“20Ω1A”字樣，如圖甲是小聰同學(xué)沒有連接完的實(shí)物電路．
（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物電路連接完整．要求：當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí)，連入電路的電阻變大；連線不得交叉．
（2）實(shí)驗(yàn)中，小聰同學(xué)連接好電路后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，則故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）小聰同學(xué)閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P到某一位置時(shí)，電壓表示數(shù)（如圖乙所示）為2.2V，若他想測量小燈泡的額定功率，應(yīng)將圖甲中滑動(dòng)交阻器的滑片P向D（選填：“C”或“D”）端移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2.5V．
（4）小聰同學(xué)繼續(xù)移動(dòng)滑片P，記下多組對應(yīng)的電壓表和電流表的示數(shù)，并繪制成圖丙所示的I一U關(guān)系圖象，根據(jù)圖象信息，可計(jì)算出小燈泡的額定功率是0.5W．還可以知道燈泡的電阻是變化的，這是因?yàn)閷?dǎo)體的電阻隨溫度的變化而變化，這種現(xiàn)象在生活中也有體現(xiàn)，例如家里的白熾燈在剛開燈的瞬間，燈絲容易燒斷（選填“容易”或“不容易”）．
（5）空閑之余，小川換用另一個(gè)未知電壓的新電源又做了幾次實(shí)驗(yàn)，將小燈泡換成不同的電阻，保持滑動(dòng)變阻器的滑片在某一個(gè)位置不變，得到了如表中的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)后有了新的發(fā)現(xiàn)：可將電流表改成直接讀出電阻值的歐姆表，請你幫他刻出0.10A處標(biāo)為50Ω．

次數(shù)	1	2	3	4	5
電阻R/Ω	5	10	15	20	50
電流I/A	0.40	0.30	0.24	0.20	0.10

Answer 1

分析 （1）求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流確定電流表量程，根據(jù)題目要求確定滑動(dòng)變阻器的接法，把電流表、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路．
（2）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電流表無示數(shù)，說明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通，與電壓表并聯(lián)的支路之外的電路是完好的，綜上可知，故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）由圖示電壓表確定其量程與分度值，讀出電壓表示數(shù)；比較電壓表示數(shù)與燈泡額定電壓間的關(guān)系，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)和分壓原理確定滑片的移動(dòng)方向．
（4）由圖象求出燈泡額定電壓對應(yīng)的電流，然后P_額=U_額I_額求出燈泡額定功率；燈絲的電阻與溫度有關(guān)，燈絲電阻隨溫度的升高而增大；開燈瞬間燈絲溫度低，電阻小，根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$ 判斷出開燈瞬間電功率的大小，得出結(jié)論；
（5）由表格中任意兩組數(shù)據(jù)，根據(jù)變阻器連入電路中阻值不變，利用歐姆定律及串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)列方程，計(jì)算出滑動(dòng)變阻器的阻值及電源電壓；根據(jù)電流值、電源電壓計(jì)算出總電阻，由串聯(lián)電阻的特點(diǎn)即可得電阻的阻值．

解答 解：（1）燈泡正常發(fā)光時(shí)電流大約為I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$═0.25A，所以電流表選用0～0.6A的量程，將電流表與燈泡串聯(lián)，因要求滑片向左移動(dòng)時(shí)，連入電路的電阻變大，則變阻器的下面應(yīng)連接右邊的接線柱，將滑動(dòng)變阻器與開關(guān)串聯(lián)在電路中，如下圖所示：

（2）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電流表無示數(shù)，說明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源連通，與電壓表并聯(lián)的支路之外的電路是完好的，綜上可知，故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）由圖乙知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為2.2V，低于燈泡的額定電壓，要使燈正常發(fā)光，應(yīng)增大燈的電壓，減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理可知，應(yīng)減小滑動(dòng)變阻器連入電路中的阻值，即將滑片向D端滑動(dòng)，直到電壓表的示數(shù)為2.5V；
（4）由圖丙可知，當(dāng)燈的電壓為額定電壓U=2.5V時(shí)，對應(yīng)的電流I=0.2A，
所以額定電功率：P_額=U_額I_額=2.5V×0.2A=0.5W；
導(dǎo)體的電阻與溫度有關(guān)，燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，剛開燈的瞬間，燈絲的溫度較低，電阻小，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，此時(shí)燈泡的電功率較大，容易燒壞燈泡；
（5）由題意可知，此時(shí)定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，且變阻器接入電路的阻值不變，設(shè)為R_滑；
由表格中第1、2組數(shù)據(jù)，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合歐姆定律，
利用電源電壓保持不變列方程可得：I₁R_滑+I₁R₁=I₂R_滑+I₂R₂，
代入數(shù)據(jù)可知：0.4A×R_滑+0.4A×5Ω=0.3A×R_滑+0.3A×10Ω
解得：R_滑=10Ω；
則電源電壓：U_電源=0.4A×10Ω+0.4A×5Ω=6V；
滑動(dòng)變阻器的阻值不變，當(dāng)I₅=0.10A時(shí)，電路中的總電阻：R_總=$\frac{{U}_{電源}}{{I}_{5}}=\frac{6V}{0.1A}$=60Ω；
則定值電阻的阻值：R=R_總-R_滑=60Ω-10Ω=50Ω．
故答案為：
（1）見上圖所示；（2）燈泡斷路；（3）2.2；D；（4）0.5；溫度；容易；（5）50．

點(diǎn)評 本題測量小燈泡電功率，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、額定功率的計(jì)算、影響電阻大小的因素及串聯(lián)電路的規(guī)律等知識(shí)，綜合性較強(qiáng)，有一定難度．