Question

14．小明在測定“小燈泡電功率”的實驗中，電源電壓恒為6V，小燈泡額定電壓為2.5V、電阻約為10Ω．滑動變器規(guī)格為“60Ω 1A”

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物電路連接完整．
（2）正確連接電路后，閉合開關，發(fā)現燈泡不亮，電壓表無示數，電流表有示數．則出現上述現象的原因是 燈泡短路，若此時電流表的示數為0.1A，則電源電壓為6V．
（3）排除故障后，小明移動滑片P到某一點時，電壓表示數（如圖乙）為2.2V，若他想測量小燈泡的額定功率，應將圖甲中滑片P向B（A/B）端移動，使電壓表的示數為2.5V．
（4）小明移動滑片P，記下多組對應的電壓表和電流表的示數，并繪制成圖丙所示的I-U圖象，根據圖象信息，可計算出小燈泡的額定功率是0.5W．
（5）小明同學用幾個定值電阻來代替小燈泡做歐姆定律的實驗，他選用了5Ω、10Ω、15Ω、20Ω來研究電流和電阻的關系，計算要完成整個探究實驗，電壓表示數至少為1.5V．

Answer 1

分析 （1）由歐姆定律求出燈正常發(fā)光時的電流，確定電流表量程與燈串聯；
（2）閉合開關，電流表有示數，說明電路為通路，根據電壓表無示數，發(fā)現燈泡不亮確定故障原因；
為保護電路，連接電路時，變阻器連入電路中的電阻最大，分析電路的連接，根據歐姆定律求電源電壓；
（3）燈在額定電壓下正常發(fā)光，根據圖乙中電壓表小量程讀數，比較電壓表示數與額定電壓的大小，根據串聯電路電壓的規(guī)律及分壓原理確滑片移動的方向；
（4）燈在額定電壓下正常發(fā)光，由圖丙知找到燈的額定電壓下的電流，根據P=UI求燈的額定功率：
（5）研究電流與電阻的關系時，要保持電壓表示數不變，根據串聯電路電壓的規(guī)律結合分壓原理，分析要完成整個探究實驗，電壓表示數至少為多少．

解答 解：（1）小燈泡額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，燈正常工作時電流：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
電流表選用小量程與燈串聯，如下所示：

（2）閉合開關，電流表有示數，說明電路為通路，電壓表無示數，發(fā)現燈泡不亮，則出現上述現象的原因是：燈泡短路了；
因正確連接電路后，閉合開關，則變阻器連入電路中的電阻最大，R_滑=60Ω，因燈短路，故電路中只有變阻器，根據歐姆定律I=$\frac{U}{R}$，電源電壓：
U=IR=0.1A×60Ω=6V；
（3）燈在額定電壓下正常發(fā)光，圖中電壓選用小量程，分度值為0.1V，示數為2.2V，小于燈的額定電壓2.5V，應增大燈的電壓，根據串聯電路電壓的規(guī)律，應減小變阻器的電壓，由分壓原理，應減小變阻器連入電路中的電阻大小，故滑片向B移動，直到電壓表示數為額定電壓；
（4）燈在額定電壓下正常發(fā)光，由圖丙知，燈的額定電壓下的電流為0.2A，則燈的額定功率：
P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（5）設電壓表示數為U_表，則變阻器的電壓為U-U_表，根據分壓原理：$\frac{U-{U}_{表}}{{U}_{表}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，即 $\frac{U}{{U}_{表}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，--------①
由①知，因實驗中，電壓表示數保持不變，電源電壓為定值，故①式左邊為定值，右邊也為定值，故變阻器連入電路中的電阻隨定值電阻的增大而增大，當定值電阻為R_定=20Ω時---------②，
變阻器連入電路中的最大電阻為R_滑=60Ω------③，
將②③代入①得：
U_表=1.5V，
故他選用了5Ω、10Ω、15Ω、20Ω來研究電流和電阻的關系，計算要完成整個探究實驗，電壓表示數至少為1.5V，選B．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）燈泡短路；6；（3）2.2；B；（4）0.5；（5）1.5．

點評 本題定“小燈泡電功率”，考查電路的連接、故障的分析、操作過程、對器材的要求、控制變量法的應用及串聯電路的規(guī)律及歐姆定律的運用，最后一問難度大．