Question

2．在“测定小灯泡的电功率”的实验中，选用如图甲所示的器材，其中电源电压为 6V，小灯泡的额定电压为 2.5V（灯丝电阻约为 12Ω）．
（1）如图甲是小明测定灯泡额定功率的实物电路图（不完整）；
①为了能够顺利完成实验探究，下列两种规格的滑动变阻器应选用B．
A．“10Ω0.5A”的滑动变阻器    B．“50Ω0.5A”的滑动变阻器
②请用笔画线代替导线将实物电路图连接完整；
（2）正确连接电路后闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，灯泡不发光，导 致这一现 象的原因可能是灯泡短路；
（3）排除故障后，闭合开关，移动滑片，电压表的示数如图乙所示，其读数是2.2V；为了测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片向A（选填“A”或“B”）端移动．
（4）根据实验测得的数据，绘制出小灯泡的电流随它两端电压变化的关系图象（如图丙所示），分析图象可知：
①小灯泡的额定功率为0.625W；
②小灯泡灯丝电阻是变化的，主要是受温度变化的影响；
③实验中观察到：当小灯泡两端的电压低于 0.5V 时，小灯泡不发光，根据图象分析其原因 是电流太小．

（5）小华打算增加一个阻值为 10Ω 的电阻 R₀，只利用一只电表，通过简单操作（开关 S 接“a”、“b”各一次）来测量小灯泡的额定功率．方案 一、二是小华设计的两种不同方案的电路 图．则以下判断正确的是B．
A．两种方案都能   B．两种方案都不能   C．方案一能，方案二不能  D．方案一不能，方案二能

Answer 1

分析 （1）①由串联电路特点和欧姆定律计算灯泡正常发光时变阻器连入的阻值，从而确定变阻器的规格；
②滑动变阻器应串联接入电路中；
（2）根据断路和短路现象分析；
（3）看清电压表的量程和分度值，读出电压表示数；比较电压表示数与额定电压的大小，根据串联分压特点确定滑片移动方向；
（4）①由图象读出灯泡电压为2.5V时的电流，由P=UI计算其额定功率；
②灯泡的灯丝会随温度的变化而改变；
③灯的亮度由灯的实际功率决定；
（5）开关S接“a”、”b”各一次，根据电路图，确定能否使小灯泡正常发光，若不能，则无法测量小灯泡的额定电功率．

解答 解：（1）①测量小灯泡的电功率实验中，L与滑动变阻器串联，电压表测L两端电压，电流表测电路中电流，
由题知灯泡正常发光时电路中电流约为I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{12Ω}$≈0.21A，根据串联电路电流的特点，即为通过变阻器的电流大小，变阻器应分去的电压U_变=6V-2.5V=3.5V，变阻器阻值至少为R_变=$\frac{{U}_{变}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.21A}$16.8Ω＞10Ω，所以应选择滑动变阻器的规格为50Ω 0.5A；
②电流表的量程为0-0.6A；滑动变阻器串联接入电路中，如图：
；
（2）正确连接电路后闭合开关，发现电压表无示数，电流表有示数，说明电路出现了短路，电压表无示数说明与其并联部分无电阻，故灯泡短路；
（3）电压表接的是0～3V量程，分度值为0.1V，此时示数为2.2V；该电压低于额定电压，为使电压达到额定电压，应减小变阻器的电压，根据分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，所以滑片应该向A端移动；
（4）①由图象可知，当灯泡电压为2.5V时的电流为0.25A，所以灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
②灯丝的电阻随温度的升高而增大，由图象知，电压越大，通过灯的电流越大，根据P=UI，灯泡的实际功率越大，灯丝温度越高，电阻越大；
③实验中观察到：当小灯泡两端的电压低于0.5V时，通过灯的电流小于0.1A，则灯的实际功率小于
P′=U′I′=0.5V×0.1A=0.05W，远小于灯的额定功率，小灯泡不发光；
（5）方案一中，无论S接a还是接b都无法得知小灯泡是否正常发光，丙方案不能测定小灯泡的额定电功率；
方案二中，R₀、小灯泡、变阻器三者串联，S接a时，电压表测定值电阻的电压，S接b时测灯和定值电阻的总电压，都无法确定小灯泡是否正常发光，丁方案不能测定小灯泡的额定电功率．所以，两种方案都不能测出小灯泡的额定功率．
故答案为：（1）①B；②如图；（2）灯泡短路；（3）2.2；A；（4））①0.625；②温度；③电流太小；（5）B．

点评 本题测量灯的电功率和测待测电阻的大小，主要考查器材的选择、电路的连接、实验注意事项、常见故障的分析、操作过程、额定功率的计算、影响电阻大小的因素、决定灯亮度的因素及设计实验方案的能力，综合性强，最后一问难度较大．