Question

5．小明同學(xué)做“測量小燈泡電功率”的實驗，已知電源電壓約為6V，小燈泡額定電壓為2.5V，小燈泡的電阻估計在10Ω左右．

（1）圖甲是小明同學(xué)設(shè)計的電路圖，圖乙是根據(jù)電路圖連接的實物圖，閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動變阻器滑片移至最右端（填“左”或“右”），實物圖中有一處錯誤或不妥是：電壓表選大量程了．
（2）連接電路時，他發(fā)現(xiàn)實驗桌上有兩個滑動變阻器，分別是“10Ω  2A”和“30Ω  1A”，你認(rèn)為他應(yīng)該選擇規(guī)格為“30Ω 1A”的滑動變阻器．
（3）小明選用了合適的滑動變阻器后，閉合開關(guān)進(jìn)行實驗，當(dāng)電壓表示數(shù)為2V時，電流表示數(shù)如丙圖所示，小燈泡此時的實際功率為0.6W．要想使小燈泡正常發(fā)光，他應(yīng)將滑片P繼續(xù)向左（填“左”或“右”）移動，移動時由于操作不當(dāng)，發(fā)現(xiàn)小燈泡閃亮一下后熄滅，電壓表有明顯示數(shù)，而電流表幾乎無示數(shù)，造成這種現(xiàn)象的原因是：燈泡斷路．
（4）小明想：雖然沒有測出小燈泡正常發(fā)光時的電流，但根據(jù)第一組實驗數(shù)值可以求得小燈泡的電阻，再依據(jù)公式P_額=$\frac{{{U}_{額}}^{2}}{R}$仍可以求出小燈泡的額定功率．你認(rèn)為他的想法合理嗎？（若不合理，請說明理由）不合理，因為燈泡的電阻隨溫度的變化而變化，兩次燈泡電阻不相等．

Answer 1

分析 （1）為了保護(hù)電路，連接電路時，開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器的阻值應(yīng)為最大值；根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表量程，根據(jù)燈泡正常發(fā)光時的電流確定電流表量程，把電流表、滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，連線時要注意滑動變阻器的接法；據(jù)此判斷接線是否正確；
（2）已知燈泡額定電壓與燈泡阻值，由歐姆定律可以求出燈泡正常發(fā)光時的電流；由串聯(lián)電路特點求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器兩端的電壓，然后由歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的阻值，根據(jù)該阻值選擇滑動變阻器；
（3）①根據(jù)電流表指針位置讀出電流表示數(shù)；利用P=UI即可求出小燈泡的實際功率；
②要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)使燈泡兩端的電壓和額定電壓相等，根據(jù)分壓原理，判斷滑片的移動的方向；
③小燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外的電路存在斷路；電流表無示數(shù)，可能是電路斷路或電流表短路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路；綜合分析可知電路故障是小燈泡斷路；
（4）燈絲的電阻受溫度的影響而發(fā)生變化，非額定電壓下的阻值不等于額定電壓下的阻值．

解答 解：（1）在連接電路時，為防止電路中電流過大燒壞電路元件，開關(guān)應(yīng)斷開，滑動變阻器的阻值應(yīng)為最大值，故應(yīng)將滑動變阻器滑片移至最右端；
燈泡的額定電壓為2.5V，則電壓表量程應(yīng)選0～3V的量程，圖中電壓表選0～15V量程不妥；
（2）燈泡正常發(fā)光時，電路中的電流約為I=$\frac{{U}_{L}}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
則滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V；
此時滑動變阻器接入電路的阻值至少為R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω，大于滑動變阻器“10Ω 2A”的最大阻值，因此應(yīng)選規(guī)格為“30Ω 1A”的滑動變阻器；
（3）①由電路圖知，電流表量程是0～0.6A，由圖示電流表知，電流表的最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是
0.3A，此時小燈泡的實際功率：P_實=UI=2V×0.3A=0.6W；
②要使燈泡正常發(fā)光，應(yīng)使燈泡兩端的電壓達(dá)到2.5V，即要增大燈的電壓，減小變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理可知，應(yīng)減小滑動變阻器接入電路中的電阻，即滑片向左移動；
③電路正確連接后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表無示數(shù)，電壓表有示數(shù)，出現(xiàn)這一故障的原因可能是小燈泡斷路，此時電壓表串聯(lián)在電路中，電壓表測量電源電壓；
（4）他的想法不合理，因燈泡的電阻受溫變影響，根據(jù)燈泡在2V的電壓下求出的電阻與燈正常發(fā)光時的電阻不相等，所以，通過實驗得到的額定功率和通過理論計算得到的額定功率值不相同．
故答案為：（1）右；電壓表的量程選大了；
（2）30? 1A；
（3）0.6；左；燈泡斷路；
（4）不合理，因為燈泡的電阻受溫變影響，兩次燈泡的電阻不相等．

點評 此題測量小燈泡的電功率，考查了學(xué)生對電路的連接、故障分析、器材的選擇、電流表讀數(shù)以及電功率的計算，同時考查了學(xué)生對實驗方案的評估能力．