Question

8．科技小组的同学们准备对一个标有“2.5V  0.8W”的灯泡的功率值进行检测．他们用如图（a）所示的电路图来进行实验，其中滑动变阻器上标有“20Ω  2A”字样．
（1）（a）图所连电路有两根导线还未连接好，请你帮他完成电路的连接（滑片P向右滑时灯泡变亮，其它导线改动）．

（2）实验电路接好后，闭合开关时，部分同学发现电路出现故障，主要有下表所列的两种情况，请根据故障现象和检测结果指出故障的可能原因（电路中只有一处故障，且电流表电压表完好）：①滑动变阻器同时接到下面的两个接线柱．②灯泡断路．

故障现象	检测结果	故障原因
灯泡较暗、两表的示数均 较小	移动滑动变阻器滑片，现象不变	①
灯泡不亮、电压表示数较 大、电流表无示数	取下灯泡，两表的示数不变	②

（3）排除故障后，按正确操作步骤进行实验，闭合开关，发现小灯泡发光较暗，电流表、电压表的示数如图（b）所示，他所用的电源电压为4.5V．接着他移动滑动变阻器的滑片P，当观察到电压表的示数为2.5V时，此时滑动变阻器的滑片恰好在中点上，则小灯泡正常发光时的功率为0.5W．
（4）假如灯泡钨丝的粗细是一定的，当灯泡的功率为标定的功率时，设灯丝的长度为L₀，那么实际上这个灯泡钨丝的长度比L₀长（填“长”或“短”）．
（5）同学们已经做过的测量型实验可以分成两种：用刻度尺测量课本长度叫做直接测量；而速度的测量需要用刻度尺和计时器分别测出路程和时间，再通过计算求出速度，这叫做间接测量．下列实验所用的测量方法与本题电功率的测量方法不相同的是C．（填对应的字母）
A、固体密度的测量　　　　B、导体电阻的测量　　　　C、电路中电流的测量．
（6）实验小组的另一位同学认为把灯泡更换成一个定值电阻，还可以探究电流与电压的关系，该同学的说法是的正确（选填“正确”或“错误”）．

Answer 1

分析 （1）测量功率的实验中，电流表与滑动变阻器串联连接，电压表与灯泡并联，注意滑动变阻器按一上一下的接线原则；根据灯泡的额定电压确定电压表的量程；
（2）当把滑动变阻器的两个下接线柱接入了电路时，滑片移动时，灯的亮度不变，且较暗，灯的电压较小，电流也较小；当灯丝断了时，把灯从灯座上取下来，电压表的示数是不变的，电流表也不会有示数的，是发生了断路的．
（3）实验步骤正确，闭合开关时滑动变阻器接入电路的阻值为滑动变阻器的最大阻值，由图2读出电表示数，由公式U=IR及串联电路特点求出电源电压；由串联电路特点求出电压表示数为2.5V时滑动变阻器两端电压，然后由欧姆定律求出电路电流，最后由电功率公式P=UI求出灯泡正常发光时的电功率．
（4）导体电阻由导体的材料、长度、横截面积决定，在材料、横截面积一定的情况下，
导体电阻与导体的长度成正比；根据灯泡的电压相同与功率的关系由公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$判断出合格灯泡与实际灯泡的电阻大小关系，然后根据灯泡电阻与灯丝长度的关系，判断灯丝是长了还是短了．
（5）电功率的测量方法是间接测量，逐个分析实验所用的测量方法，即可找出与本题实验不相同的实验．
（6）测灯泡电阻实验与探究“导体上的电流与电压的关系”实验原理相同，探究“导体上的电流与电压的关系”，要保证电阻阻值保持不变，因此将灯泡换成定值电阻即可．

解答 解：（1）因为灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表的量程选择0～3V，电压表与灯泡并联，
滑动变阻器P向右滑时灯泡变亮，即应将滑片P右边的电阻接入电路，所以电源的正极与B接线柱相连，如下图所示：
（2）①灯泡较暗，说明电路中电阻很大，同时移动滑片时，现象不变，说明滑动变阻器同时接到下面的两个接线柱．
②电流表无示数，说明电路中有断路或电流表短路，而灯泡不亮，电压表有示数，说明灯泡断路．
（3）由图2可知，电流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数是0.14A；
由图（b）可知电压表量程是0～3V，最小分度值是0.1V，电压表示数是1.7V；
闭合开关时，滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=20Ω，
电源电压U=U_L+U_滑=U_V+IR_滑=1.7V+0.14A×20Ω=4.5V；
当电压表示数等于灯泡额定电压2.5V时，滑动变阻器两端的电压U_滑′=U-U_L额=4.5V-2.5V=2V，
此时电路电流I′=$\frac{{U}_{{滑}^{′}}}{\frac{{R}_{滑}}{2}}$=$\frac{2V}{\frac{20Ω}{2}}$=0.2A，灯泡正常发光时的功率P=U_L额I′=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）由P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$得：R=$\frac{{U}^{2}}{P}$，
因为P_实=0.5W，P_合格=0.8W，
所以灯泡两端的电压相同时，R_实＞R_合格，
因为在材料、横截面积一定的情况下，导体电阻与导体的长度成正比；
所以灯丝的实际长度l比规定长度l₀长；
（5）A、固体密度的测量，需要测量固体的质量和体积，利用ρ=$\frac{m}{V}$求出的，属于间接测量方法；
B、导体电阻的测量，需要测量导体两端的电压和通过的电流，利用R=$\frac{U}{I}$求出的，属于间接测量方法；
C、电路中电流的测量，可以利用电流表直接测量得出，属于直接测量方法．
本题电功率的测量方法是间接测量方法，所以与本题电功率的测量方法不相同的是C．
（6）若在上述实验的基础上接着探究“导体上的电流与电压的关系”，只需将灯泡换成定值电阻即可，故该同学的说法正确．
故答案为：（1）如上图所示；（2）滑动变阻器同时接到下面的两个接线柱；灯泡断路；（3）4.5；0.5；（4）长；（5）C；（6）正确．

点评 本题考查了求电源电压、灯泡功率、电路故障分析等问题，熟练应用串联电路特点及欧姆定律、电功率公式是正确解题的关键．知道当滑动变阻器只接了下边的两个接线柱时，是接成了定值电阻，电路中的总电阻较大，故电流较小．
同时考查判断灯丝实际长度与规定长度间的关系，由灯泡铭牌及表中数据找出需要的数据，掌握功率公式及其变形公式，掌握欧姆定律，知道影响导体电阻大小的因素是正确解题的关键．