Question

15．如圖所示，小明在進行“測量小燈泡電功率”的實驗，他已連接了部分電路．已知電源電壓恒為3V，小燈泡的額定電壓為2.5V．

實驗次數	電壓表示數U/V	電流表示數I/A
1	2.0	0.17
2	2.5	0.20
3	3.0	0.22

（1）請用筆畫線代替導線，將圖示電路連接完整；
（2）連接好電路后，閉合開關，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現小燈泡始終不亮，此時電壓表有示數，電流表示數為零，則出現故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）故障排除后，小明將實驗數據記錄在表格中，則燈泡的額定功率是0.5 W；當小燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器接入電路的電阻為2.5Ω；由實驗數據可以發(fā)現通過燈泡的電流與其兩端的電壓不成正比關系，這是由于燈絲的電阻隨溫度的變化而改變；
（4）小明想通過實驗來比較燈泡“實際電壓是額定電壓一半時的電功率P₁”和“實際電流是額定電流一半時的電功率P₂”的大小，但小明的同學沒有通過實驗也比較出了它們的大小，P₁大于P₂（選填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器串聯在電路中，要接一上一下；
（2）電流表有示數，電壓表無示數，與電壓表并聯的電路短路；
（3）確定額定電壓時的電流，根據P=UI計算出額定電功率；根據R=$\frac{U}{I}$計算出變阻器的電阻值；
燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，電流與電壓成正比的前提條件是，電阻不變；
（4）如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時的電流等于額定電流的一半，其實際功率等于額定功率的四分之一；實際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電流大于額定電流的一半，此時燈泡實際功率大于額定功率的四分之一；如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時，燈泡實際功率等于額定功率的四分之一，實際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時，燈泡電阻小于燈泡正常發(fā)光時的電阻，則燈泡實際功率小于額定功率的四分之一．

解答 解：（1）滑動變阻器串聯在電路中，已接了下面一個接線柱，可再接上面任意一個接線柱，如圖所示：

（2）小燈泡始終不亮，電流表示數為零，電壓表有示數，與與電壓表并聯的燈泡斷路；
（3）由表格中數據知，當U=2.5V時，I=0.20A，則額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
滑動變阻器的電阻R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3V-2.5V}{0.2A}$=2.5Ω；
由于燈絲電阻隨溫度的變化而變化，通過燈泡的電流與其兩端的電壓不成正比關系；
（4）因為P=$\frac{{U}^{2}}{R}$所以燈泡實際電壓為其額定電壓一半時，它的實際功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_額；
因為P=I²R
所以實際電流等于額定電流一半時，實際功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_額，
故P₁＞P₂．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡短路；（3）0.5；2.5；燈絲的電阻隨溫度的變化而改變；（4）大于．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗故障分析、溫度對燈絲電阻的影響、歐姆定律的應用及電功率的計算，（4）分析起來比較抽象，關鍵是能夠分析出電壓和電流的變化關系．