Question

13．小明想知道小燈泡的亮暗程度與什么因素有關(guān)．于是他找來(lái)了額定電壓是2.5V，電阻約為9Ω的燈L，接在電源電壓恒為4.2V的電路中進(jìn)行探究．
（1）請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線將實(shí)物圖補(bǔ)充完整，要求開(kāi)關(guān)閉合前滑片開(kāi)始在A端．
（2）若連接電路后閉合開(kāi)關(guān)，燈L很暗幾乎不發(fā)光，移動(dòng)滑片P也不能改變燈的亮度．原因是他把滑動(dòng)變阻器的AB（AB/CD）接線柱接入了電路．
（3）小明排除錯(cuò)誤后，按圖所示的電路繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：從剛閉合開(kāi)關(guān)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了使燈發(fā)光滑片P向B（A/B）端移動(dòng)，測(cè)出燈L的相關(guān)物理量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象如表：

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4	5	6	7	8
發(fā)光情況	熄滅	熄滅	微光	較暗	較亮	亮	明亮	更明亮
電壓U/V	0.2	0.5	0.9	1.3	1.7	2.1	2.5	3.0
電流I/A	0.1	0.16	0.19	0.21	0.24	0.26	0.28	0.30

分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：①燈泡的額定功率為0.7W．
②由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為40Ω．
③小燈泡在斷電一段時(shí)間后的電阻可能是1Ω（1Ω/2Ω/8.9Ω）
（4）小明在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后與同學(xué)們討論：有同學(xué)認(rèn)為在研究通過(guò)導(dǎo)體中的電流與電壓的關(guān)系．也可以用此電路”你認(rèn)為這種說(shuō)法錯(cuò)誤（正確/錯(cuò)誤）．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器、電流表和燈泡應(yīng)串聯(lián)，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，由此連接實(shí)物；
（2）燈泡L幾乎不發(fā)光，說(shuō)明電路是通路，但是電流太小，移動(dòng)串聯(lián)在電路中的滑動(dòng)變阻器的滑片，燈泡亮度不變，說(shuō)明電路中的電阻太大，由此分析變阻器的接線情況；
（3）根據(jù)滑動(dòng)變阻器的連接情況可確定滑片的移動(dòng)方向；
①由表中數(shù)據(jù)讀出燈泡正常發(fā)光電流，由P=UI計(jì)算燈泡的額定功率；
②當(dāng)電路中電流最小時(shí)變阻器連入阻值最大，由表中數(shù)據(jù)根據(jù)串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算滑動(dòng)變阻器的最大阻值；
③燈泡電阻受溫度影響，隨溫度降低而減小，根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出燈泡電阻阻值，再分析得到燈泡的電阻；
（4）電流與導(dǎo)體的電壓和電阻有關(guān)，探究時(shí)應(yīng)采用控制變量法．燈絲電阻受溫度影響．

解答 解：
（1）實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器、電流表和燈泡應(yīng)串聯(lián)，電壓表測(cè)燈泡兩端電壓，
燈泡正常發(fā)光電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{9Ω}$≈0.28A，所以電流表使用0-0.6A量程，
開(kāi)關(guān)閉合前滑片開(kāi)始在A端，且應(yīng)處于最大值處，所以應(yīng)將B接線柱接入電路中．實(shí)物連接如圖所示：
；
（2）燈泡L₁幾乎不發(fā)光，說(shuō)明電路是通路，但是電流太小，并且移動(dòng)串聯(lián)在電路中的滑動(dòng)變阻器的滑片，燈泡亮度不變，說(shuō)明電路中的電阻太大，滑動(dòng)變阻器又不起作用，是滑動(dòng)變阻器把下面兩個(gè)AB接線柱接入電路了；
（3）閉合開(kāi)關(guān)前，滑片位于阻值最大處的A端，因此閉合開(kāi)關(guān)后，滑片P向B端移動(dòng)，使燈L₁發(fā)光；
①燈泡正常發(fā)光時(shí)兩端電壓等于額定電壓2.5V，由表中數(shù)據(jù)知燈泡正常發(fā)光電流為0.28A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.28A=0.7W；
②閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，變阻器處于最大值處，此時(shí)電路中電流最小，由表中數(shù)據(jù)知，此時(shí)燈泡兩端電壓為0.2V，電路中電流0.1A，
由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得滑動(dòng)變阻器的最大阻值：
R=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{最小}}$=$\frac{U-{U}_{L}}{{I}_{最小}}$=$\frac{4.2V-0.2V}{0.1A}$=40Ω；
③由表中第1組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，此時(shí)燈泡電阻R=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{最小}}$=$\frac{0.2V}{0.1A}$=2Ω，燈泡電阻受溫度影響，隨溫度降低而減小，小燈泡在斷電一段時(shí)間后，燈絲溫度降低，燈泡電阻阻值減小，則燈泡電阻可能是1Ω；
（4）導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電壓和電阻有關(guān)，探究導(dǎo)體中的電流與電壓的關(guān)系時(shí)應(yīng)控制電阻不變，燈絲電阻受溫度影響較大，燈泡在不同電壓下，溫度不同，燈絲中電阻不同，所以這位同學(xué)的說(shuō)法是錯(cuò)誤的．
故答案為：
（1）見(jiàn)上圖；（2）AB；（3）B；①0.7；②40；③1Ω；（4）錯(cuò)誤．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及到知識(shí)點(diǎn)較多，考查了實(shí)物連接、電路故障、滑動(dòng)變阻器接線柱的選擇、功率和電阻的計(jì)算以及燈絲電阻與溫度的關(guān)系等，綜合性較強(qiáng)；要注意“研究導(dǎo)體中的電流與電壓的關(guān)系”時(shí)需控制電阻的阻值不變．