Question

6．在“测量小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，正常发光的电阻约为10Ω电源电压为6V，可供选择的滑动变阻器R₁（10Ω，2A）和R₂（40Ω，1A）．

（1）如图甲中已有部分电路连好，请用笔画线代替导线将电路连接完整，要求滑片P向右滑时灯泡变暗．
（2）本实验应选择的滑动变阻器是R₂（填“R₁”或“R₂”）．
（3）小明正确连接电路后，闭合开关，发现灯泡不亮，电流表没有示数，电压表有示数且接近电源电压，小明分析后判断小灯泡断路．
（4）故障排除后重新闭合开关，移动滑动变阻器滑片P到某一位置时，电压表的示数如图乙，此时，小灯泡两端的电压为2.2V，若要测量小灯泡的额定功率，应将该图甲中滑片P向A（填“A”或“B”）端移动．
（5）小明移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图丙所示的图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.75W．该图象不是直线，主要原因是灯丝电阻是变化的（灯丝电阻随温度升高而增大）．
（6）完成实验后，小明又找来了几个不同组织的定值电阻代替小灯泡继续“探究电流与电阻的关系”，得到两组数据分别是“5Ω，0.6A”和“10Ω，0.3A”，小明做完第2此实验后，用15Ω的电阻代替10Ω的电阻，闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片P向B（填“A”或“B”）端移动，使电压表的示数为3V，完成第三次实验．

Answer 1

分析 （1）滑动变阻器要与小灯泡串联接入电路，采取“一上一下”的接法，根据题目要求选择下接线柱；电压表量程的选择根据灯泡的额定功率选择；把滑动变阻器、开关串联接入电路，电压表并联在灯泡两端；
（2）求出灯泡正常发光时滑动变阻器接入电路的阻值，然后选择滑动变阻器；
（3）开关闭合时，发现电压表有示数，说明电压表两接线柱之间与电源是通路，而电流表无示数说明电路某处出现断路，灯泡不亮，说明故障出现在灯泡处，由此判断电路的故障；
（4）根据电压表的量程、分度值以及指针的位置，读出电压表的示数；要测量灯泡额定功率，必须使灯泡正常发光．根据串联电路分压关系确定滑片移动方向；
（5）灯泡正常发光，电压表示数等于灯泡额定电压时，根据图象找出额定电压下对应的额定电流，由P=UI求出灯泡额定功率；定值电阻的阻值不变，它的伏安特性图象是一条倾斜的直线．小灯泡的伏安特性曲线不是直线，原因是电阻随温度增大而发生了变化；
（6）用15Ω的电阻替换10Ω的电阻，闭合开关后，由于电路总电阻变大，电路电流变小，滑动变阻器两端电压变大，由于电源电压不变，由串联电路的特点知，电阻两端电压变大，要保持电阻两端电压不变，应移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，灯泡两端的电压减小，以保证电阻两端的电压保持不变．

解答 解：
（1）要求滑片P向右滑时灯泡变暗，开关右端与滑动变阻器A端串联接入电路；灯泡额定电压U_额=2.5V＜3V，所以电压表应选用0～3V量程，与灯泡右接线柱并联接入电路，电路图如下图所示：

（2）灯泡正常发光时的电流I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
灯泡正常发光时滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
由于是串联电路，则滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，滑动变阻器应选“40Ω 1A”，即滑动变阻器R₂；
（3）开关闭合时，发现电压表有示数，说明电压表两接线柱之间与电源是通路，而电流表无示数说明电路某处出现断路，灯泡不亮，说明故障出现在灯泡处，由此判断电路的故障为小灯泡断路；
（4）由图乙中电压表可知，其量程为0～3V，分度值为0.1V，小灯泡两端电压为2.2V；
要使得小灯泡的电压增大到2.5V，由于电源电压不变，则需要使得滑动变阻器的电压变小，根据串联电路中电压之比等于电阻之比，所以应该使得滑动变阻器的有效阻值变小，故需将滑片向A端移动；
（5）由图丙可知，小灯泡正常发光时的电压为U_额=2.5V，则此时通过小灯泡的额定电流为I_额=0.3A，灯泡额定功率P_额=U_额I_额=2.5V×0.3A=0.75W；
小灯泡的I-U图象不是直线，原因是灯丝电阻随温度升高而增大；
（6）由两组实验数据知，电阻两端的电压为5Ω×0.6A=3V保持不变；为保证电阻两端的电压保持不变，用15Ω的电阻替换10Ω的电阻，由于电阻的阻值增大，会使电阻两端电压变大，要保持电阻两端电压为3V不变，由于电源电压是不变的，此时应增大滑动变阻器两端的电压，相应地应将滑动变阻器连入电路的阻值变大，即滑片P向B端移动，使电压表的示数仍为3V，完成第三次实验．
故答案为：（1）实物电路如上图所示；
（2）R₂；  （3）小灯泡断路；   （4）2.2 V； A；
（5）0.75；   灯丝电阻是变化的（灯丝电阻随温度升高而增大）；   （6）B； 3．

点评 本题考查了连接实物电路图、滑动变阻器的选择、电路故障的判断、电表读数、求功率、实验电路图象的评估等问题，要注意小灯泡的电阻随温度的变化而变化，也要注意控制变量法在实验中的应用．