Question

14．小明学会了测小灯泡的功率后，在老师的启发下，进一步思考：电流一定时，小灯泡功率跟电阻有什么关系呢？于是他利用如图所示电路，选用分别标有“1.5V　0.25A”、“2.5V0.3A”和“3.8V0.3A”字样的
小灯泡L₁、L₂、L₃，测出它们在电流相同时的电阻和功率，来探究小灯泡功率与电阻的关系．
（1）他将灯L₁接入图甲电路，请你用笔画线代替导线，帮他将实物电路连接完整．
（2）闭合开关后，他调节滑动变阻器的滑片P，使通过灯L₁的电流为0.2A，再测出L₁两端的电压，此时电压表示数如图乙所示，然后计算出此时灯L₁的电阻为4Ω，实际功率是0.16W．
（3）换上灯L₂，闭合开关，为保持电流为0.2A不变，应将滑片P向左（选填“左”或“右”）端移动；再测出L₂两端的电压，算出L₂的电阻和功率．换上灯L₃，做第三次实验，并将实验数据记录在下表．

次数	灯泡	I/A	U/V	R/Ω	P/W
1	L1	0.2
2	L2		1.6	8	0.32
3	L3		2.4	12	0.48

（4）请根据实验数据，在图丙中作出小灯泡功率与电阻关系的图象．
（5）分析图象可得结论：在电流一定时，小灯泡的实际功率与电阻成正比关系．
（6）小波认为：为了控制实验条件，小明每次实验要换灯泡还要调节滑动变阻器，这样的操作不够简便．对此你可以如何改进？将L₁、L₂、L₃串联在同一电路中，使电流不变．

Answer 1

分析 （1）灯泡的额定电压为1.5V，电压表选择0～3V，电压表并联的灯泡两端；
（2）根据图乙电流表小量程读数，根据R=$\frac{U}{I}$求出电阻，根据P=UI求出功率；
（3）由额定电压和额定电流，根据R=$\frac{U}{I}$分别求出L₁和L₂的电阻，用L₂替代L₁，总电阻增大，电流减小，电流表的示数减小，要使电流增大到0.2A，要减小总电阻，使滑动变阻器电阻减小；
（4）根据（2）中求出的电阻和功率，结合表中数据，在坐标系中找到对应的点，然后连线作图；
（5）分析图象得出结论；
（6）把L₁、L₂、L₃分别接入电路，滑动滑片保持电流不变，可以把三者串联在电路中，保持电流相等，分别测量三者的电压，求出功率和电阻，判断功率和电阻的关系．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为1.5V，电压表选择0～3V，电压表并联的灯泡两端．如下左图所示：

（2）电压表使用的0～3V，每一个大格代表1V，每一个小格代表0.1V，电压为0.8V．
R=$\frac{U}{I}=\frac{0.8V}{0.2A}$=4Ω，
灯的实际功率：
P=UI=0.8V×0.2A=0.16W．
（3）根据欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，
R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.5V}{0.25A}$=6Ω，
R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}=\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω，
换上灯L₂，电阻增大，总电阻增大，电路电流减小，电流表的示数将变小．要使电路电流增大到0.2A，要减小电路总电阻，滑动变阻器的滑片向左端移动；
（4）根据（2）中求出的电阻和功率，结合表中数据，根据描点法作图，如上右图所示：
（5）由上面的左图可知，在电流一定时，灯泡的实际功率随电压的变化关系为一直线，故得出的结论是：小灯泡的实际功率与电阻成正比关系；
（6）串联电路电流处处相等，可将L₁、L₂、L₃串联在同一电路中，就控制了电流一定．
故答案为：（1）如上左所示；（2）4；0.16；（3）左；（4）如上右所示；（5）正比；（6）将L₁、L₂、L₃串联在同一电路中，使电流不变．

点评 本题电流一定时，小灯泡功率跟电阻的关系，考查电路的连接及电阻、功率的计算及控制变量法的运用和分析数据归纳结论的能力和控制变量法的运用．