Question

13．在测定“小灯泡的电功率”的实验中，已知电源电压为6V，小灯泡的额定电压为2.5V，小灯泡的电阻约为10Ω，滑动变阻器上标有“20Ω 1A”字样．如图1是小明同学没有连接完的实物电路．

（1）请你用笔画线代替导线，将实物电路连接完整；
（2）实验中，小王同学连接好电路后，闭合开关，发现小灯泡不亮，且电压表无示数，电流表有示数，则故障的原因可能是小灯泡短路；
（3）故障排除后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片到某一点，电压表的示数如图2所示，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向左端滑动（选填“左”或“右”）；直到使电压表示数等于2.5V时，电流表示数如图3所示，灯泡的额定功率是0.7W．
（4）某同学在实验中，不小心将滑动变阻器损坏（不能使用）了，一时又找不到其他变阻器．你能否利用身边的物品替代滑动变阻器完成该实验，说出你的做法：利用铅笔自制一“滑动变阻器”．
（5）小红同学在实验结束与同学讨论时说：“该实验电路也可以用来研究电流与电压的关系”．小红的说法是否正确，为什么？

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程并与灯泡并联，根据欧姆定律求出灯泡的额定电流确定电流表的量程且与灯泡串联，连接时注意正负接线柱的连接．
（2）灯泡不亮可能是灯泡断路或灯泡以外的地方断路或灯泡短路，电流表有示数说明电路不可能断路，电压表无示数说明灯泡短路．
（3）由电压表的示数可知此时小灯泡两端的电压小于额定电压，为使电压增加为2.5V，就要使滑动变阻器分压减小，连入电阻减小，选择滑片的移动方向；并根据电流表的示数，利用P=UI求出灯泡的额定功率．
（4）滑动变阻器的作用为改变接入电路的电阻值，缺少变阻器则无法改变电阻；但可以找一些电阻接大的能改变接入阻值的导体来代替．
（5）在研究电流与电压的关系时，要控制电阻的阻值不变，改变电阻两端的电压，分析电流和电压的关系；而灯丝的电阻随着温度变化，不符合该实验的要求．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表的量程为0～3V且与灯泡并联；灯泡的额定电流为$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＜0.6A，所以电流表选0～0.6A的量程，且与灯泡串联，注意电流从正接线柱流入负接线柱流出，连接如下图所示：

（2）电流表有示数说明电路不可能断路，灯泡不亮、电压表无示数说明灯泡被短路．
（3）电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，灯泡两端的电压为2V，为测额定功率，灯两端电压应为2.5V，就要使滑动变阻器分压减小，接入电路的电阻减小，应向左移动滑片．
当灯泡两端的电压为2.5V时，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，所以通过灯泡的电流为0.28A，
灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.28A=0.7W．
（4）滑动变阻器目的一是作为保护电阻，二是可以多测几组数据求平均值，如果没有滑动变阻器，则无法测量多组数据求平均值；为了减小误差可以选择一些电阻较大的物体通过改过接入长度从而改变电阻，如可以用铅笔芯代替；
（5）这个实验不能用来研究电流与电压的关系，因为灯丝的电阻随温度的升高而增大，而电流与电压关系的实验中，要控制电阻值大小不变．
故答案为：（1）如上图所示；（2）小灯泡短路；（3）左；0.7W；（4）利用铅笔自制一“滑动变阻器”；（4）不正确；灯泡的电阻随温度的升高而升高，不能保持电阻一定．

点评 本题考查了电压表与电流量程的选择和连接、电路故障的判断、滑动变阻器的原理、灯泡电阻与温度的关系以及控制变量法和电功率的计算等，综合性较强，难度较大．