Question

9．如图所示，小明在进行“测量小灯泡电功率”的实验，他已连接了部分电路．已知电源电压恒为3V，小灯泡的额定电压为2.5V．
（1）请用笔画线代替导线，将图示电路连接完整；
（2）连接好电路后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，此时电压表有示数，电流表示数为零，则出现故障的原因可能是灯泡断路；

实验次数	电压表示数U/V	电流表示数I/A
1	2.0	0.17
2	2.5	0.20
3	3.0	0.22

（3）排除故障后继续实验时，小明移动滑动变阻器的滑片，发现电压表的示数为2V，要使灯泡正常发光，应将滑动变阻器的滑片向左移动（选填“左”或“右”）．
（4）小明将实验数据记录在表格中，则灯泡的额定功率是0.5W；当小灯泡正常发光时，滑动变阻器接入电路的电阻为2.5Ω；由实验数据可以发现通过灯泡的电流与其两端的电压不成正比关系，这是由于灯丝的电阻随温度的变化而改变；
（5）小明想通过实验来比较灯泡“实际电压是额定电压一半时的电功率P₁”和“实际电流是额定电流一半时的电功率P₂”的大小，但小明的同学没有通过实验也比较出了它们的大小，P_1大于P₂（选填“大于”、“小于”或“等于”）

Answer 1

分析 （1）变阻器按一上一下接入电路中，与灯串联；
（2）若电流表示数为0，灯不亮，说明电路可能断路；电压表有示数，说明电压表与电源连通，则与电压表并联的支路以外的电路是完好的，则与电压表并联的灯泡断路了；
（3）灯在额定电压下正常发光，比较电压表的示数和灯的额定电压大小，由串联电路电压的规律和分压原理，确定滑片移动的方向；
 （4）确定额定电压时的电流，根据P=UI计算出额定电功率；根据串联电路的规律和欧姆定律的变形公式R=$\frac{U}{I}$计算出变阻器的电阻值；
由欧姆定律，根据灯丝的电阻随温度的升高而增大分析回答；
（4）因为P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，如果灯泡电阻不随温度变化，则灯泡电压为其额定电压一半时的实际功率等于额定功率的四分之一，实际上灯泡电阻随温度升高而增大，所以灯泡实际电压为额定电压一半时的电阻小于正常工作的电阻，此时灯泡实际功率大于额定功率的四分之一；
如果灯泡电阻不随温度变化而变化，电流等于额定电流一半时，灯泡实际功率等于额定功率的四分之一，实际上灯泡温度越低，灯泡电阻越小，通过灯泡电流为其额定电流一半时，灯泡电阻小于灯泡正常发光时的电阻，则灯泡实际功率小于额定功率的四分之一．

解答 解：（1）滑动变阻器串联在电路中，已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图所示：

（2）经分析，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡始终不亮，此时电压表有示数，电流表示数为零，则出现故障的原因可能是灯泡断路；
（3）灯在额定电压下正常发光，电压表的示数为2V小于灯的额定电压，要使灯泡正常发光，应增大灯的电压，由串联电路电压的规律应减小变阻器的电压，根据分压原理，应将滑动变阻器连入电路 中的电阻变小，即滑片向左移动；
（4）由表格中数据知，当U=2.5V时，I=0.20A，则额定功率：
P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
根据串联电路电压的规律，灯正常发光时，变阻器的电压：
U_滑=3V-2.5V=0.5V，
由I=$\frac{U}{R}$，滑动变阻器的电阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{0.5}{0.2A}$=2.5Ω；
由于灯丝电阻随温度的变化而变化不是一个定值，根据U=IR，通过灯泡的电流与其两端的电压不成正比关系；
（4）因为P=UI=$\frac{{U}^{2}}{R}$，所以灯泡实际电压为其额定电压一半时的电阻小于正常发光时电阻，它的实际功率：
P₁＞$\frac{1}{4}$P_额；------①
因为P=I²R
所以实际电流等于额定电流一半时的电阻小于正常发光时电阻，实际功率：
P₂＜$\frac{1}{4}$P_额，------②
由①②得：P₁＞P₂．
故答案为：（1）见上图；（2）灯泡断路；（3）左；（4）0.5；2.5；灯丝的电阻随温度的变化而改变；（4）大于．

点评 本题测量小灯泡电功率，考查了连接实物电路图、实验故障分析、操作过程、温度对灯丝电阻的影响、欧姆定律的应用及电功率大小的比较．有一定难度．