Question

19．在測(cè)額定電壓為2.5V小燈泡（電阻大約為10Ω左右）額定功率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明連接了如圖甲所示的電路，其中電源電壓為6V．
（1）在連接電路時(shí)，開關(guān)必須斷開．請(qǐng)將實(shí)物電路連接完整（要求：開始實(shí)驗(yàn)前滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)在最左端）．
（2）若在連接電路時(shí)，有A（10Ω 1A）和B（20Ω 1A）兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇，則應(yīng)該選擇變阻器B（填“A”或“B”）連入電路，才能保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行．而不選擇另一個(gè)滑動(dòng)變阻器的理由是滑動(dòng)變阻器分的電壓比燈泡的大，所以電阻必須大．

（3）小明合理地連接好電路，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器燈泡都不亮．小明分析后發(fā)現(xiàn)是燈泡或滑動(dòng)變阻器的故障．請(qǐng)你依據(jù)表一中電流表、電壓表示數(shù)出現(xiàn)的幾種情況，幫小明判斷故障原因，并將其填寫在表一對(duì)應(yīng)的空格中．
 表一：

電流表示數(shù)	電壓表示數(shù)	可能的故障原因
0	0
0	不為0

表二：

U/V	I/A	P/W	燈泡亮度	P平均值/W
2	0.25	0.5	暗
2.5			亮
2.8	0.32	0.896	很亮

（4）排除故障后，小明調(diào)節(jié)變阻器滑片的位置，使小燈泡兩端電壓分別為2V，測(cè)出通過小燈泡的電流，并觀察發(fā)光情況，記錄在表二中．若要測(cè)量小燈泡的額定功率，則滑片P應(yīng)向B端（A/B）移動(dòng)，當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)小燈泡電阻是8.33Ω（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．小燈泡的額定功率是0.75W．此他又測(cè)量出為電壓為2.8V時(shí)小燈泡通過的電流，并觀察發(fā)光情況，記錄在表二中，并對(duì)小燈泡功率求平均值．這樣處理數(shù)據(jù)的方法是否正確？不正確，其理由是小燈泡在不同的電壓下的實(shí)際功率不同，求平均值沒有任何意義．
（5）從表格二的數(shù)據(jù)我們還可以總結(jié)得到的結(jié)論是小燈泡實(shí)際功率越大，燈泡越亮，燈泡亮度取決于它的實(shí)際功率．

Answer 1

分析 （1）為了保護(hù)電路，連接電路時(shí)，開關(guān)必須斷開；根據(jù)燈泡的額定電壓確定電壓表的量程且與燈泡并聯(lián)，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)通過燈泡的電流確定電流表的量程且與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，并注意電表正負(fù)接線柱的連接，滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中．
（2）當(dāng)燈泡正常工作時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，據(jù)此選擇滑動(dòng)變阻器．
（3）燈泡不亮可能是電路斷路或燈泡短路：如果燈泡斷路，電流表無示數(shù)，電壓表串聯(lián)在電路中，測(cè)電源電壓；如果燈泡以外的電路斷路，電流表無示數(shù)，電壓表也無法測(cè)電壓，電壓表示數(shù)為0；如果燈泡短路，電路是通路，電流表有示數(shù)，電壓表測(cè)導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0．
（4）小燈泡額定電壓下的功率等于額定功率；根據(jù)電流表的量程和分度值讀出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)小燈泡電阻，根據(jù)P=UI求出小燈泡的額定功率；用電器不同電壓下的實(shí)際功率不同；
（5）小燈泡實(shí)際功率越大，兩端越亮．

解答 解：（1）在連接電路時(shí)，為防止連接最后一根導(dǎo)線時(shí)，電路中電流過大燒壞電路元件，所以開關(guān)應(yīng)斷開；
燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V，且與燈泡并聯(lián)；燈泡的額定電流約為I=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＜0.6A，所以電流表的量程為0～0.6A，且與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)；注意電流從正接線柱流入負(fù)接線柱流出；滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中．如圖所示：

（2）燈泡正常工作時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_R=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，故滑動(dòng)變阻器應(yīng)選B（20Ω 1A）；
（3）①燈泡燈絲斷了，電路斷路，電流表示數(shù)為0，電壓表串聯(lián)在電路中，測(cè)電源電壓，示數(shù)不為0，
②燈泡短路，電路是通路，電流表有示數(shù)，電壓表測(cè)導(dǎo)線電壓，示數(shù)為0，
③滑動(dòng)變阻器開路，電路斷路，電流表示數(shù)為0，電壓表無法測(cè)電壓，示數(shù)為0：
表格如下：

電流表	電壓表	故障原因
示數(shù)不為0	示數(shù)為0	燈泡短路
示數(shù)為0	示數(shù)不為0	燈泡斷路

；
（4）要測(cè)量小燈泡的額定功率，需使小燈泡兩端電壓由2V增大至2.5V，滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻變小，即滑片向下接線柱移動(dòng)；
電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以燈泡正常工作時(shí)的電流為0.3A；
此時(shí)小燈泡電阻為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.33Ω；
小燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
由P=UI可知，小燈泡消耗的實(shí)際功率隨兩端電壓的增大而增大，求不同電壓下的功率平均值沒有實(shí)際意義；
（5）由表二中數(shù)據(jù)可以看出，小燈泡的實(shí)際功率由0.5W增大至0.75W、0.896W時(shí)，亮度分別為：暗、亮、很亮，可知：小燈泡的實(shí)際功率越大，亮度越亮，燈泡的亮度是由消耗的實(shí)際功率決定的．
故答案為：（1）斷開；實(shí)物電路如上；（2）B；滑動(dòng)變阻器分的電壓比燈泡的大，所以電阻必須大；（3）變阻器電路斷路，燈斷路；表格如上；（4）B；8.33；0.75；不正確；小燈泡在不同的電壓下的實(shí)際功率不同，求平均值沒有任何意義；（5）小燈泡實(shí)際功率越大，燈泡越亮，燈泡亮度取決于它的實(shí)際功率．

點(diǎn)評(píng) 本題考查根據(jù)實(shí)物圖畫電路圖和電流表的讀數(shù)、電路連接注意事項(xiàng)以及額定功率的計(jì)算和對(duì)電路故障的分析等，是一道綜合題目，對(duì)于電學(xué)知識(shí)要求全面掌握．