Question

为了测定额定电压为2.5V的小灯泡的电功率，现提供如下器材：电压表（量程有“0～3V”和“0～15V），电流表（量程有“0～0.6A”和“0～3A”）．滑动变阻器（规格分别为“10Ω1A”、“20Ω2A”“50Ω1.5A”），开关，学生电源和若干条导线．
小芳同学连接完电路后闭合开关，把滑动变阻器的滑片从一端移动到另一端的过程中，测得了几组数据，并描绘出如下图象．若灯泡电阻和电源电压在实验过程中不变，请解答下列问题：
（1）下图为小芳实验连接的部分电路，请分析实验得到的图象，完成电路的连接．
（2）该灯泡的额定功率应当是______W，从实验数据来看，小明所用的电源电压是______V，所选的滑动变阻器的规格应当是______；
（3）快要结束实验时，他发现电流表和电压表的示数同时增大，可能原因是______．

Answer 1

解：（1）由图象知：电流表示数随电压表示数的减小而增大，说明电路电阻减小时，电压表并联部分电阻是减小的，即电压表与滑动变阻器并联，并且选择0～15V量程．电路连接如下；
（2）①当电压表的示数为U₁=3.5V时，电路中的电流I₁=0.1A，则电源的电压U=U₁+I₁R_L=3.5V+0.1A×R_L，①
当电压表的示数为0时，电路中的电流I₂=0.8A，则电源的电压U=I_最大R_L=0.8A×R_L，②
解由①②联立的方程得：R_L=10Ω，
将灯泡电阻代入①得，电源电压为U=5V，
②灯泡正常工作时，滑动变阻器两端的电压U_滑=U-U_L额=5V-2.5V=2.5V，
有表格可知，灯泡的额定电流I_L额=0.4A，
灯泡的额定功率P_L额=U_L额I_L额=2.5V×0.4A=1W．
③由表格数据可知，当滑动变阻器两端的电压为U₁=3.5V时，电路中的电流I₁=0.1A，
滑动变阻器接入电路的阻值R_滑===35Ω＞20Ω，
故滑动变阻器的规格为50Ω 1.5A．
（3）因为电流表示数增大是电路电阻减小，电压表与滑动变阻器并联，示数增大，不可能是滑动变阻器接入电路电阻增大，所以故障只能是灯泡短路．
故答案为：
（1）电路连接如下：
；
（2）1；5；50Ω 1.5A；
（3）灯泡短路．
分析：（1）测量小灯泡功率的实验原理是P=UI，需要电压表测量灯泡两端电压，电流表测量通过灯泡的电流；
（2）①任取图象中两组电压表和电流表的示数，根据欧姆定律和串联电路的电压特点分别表示出电源的电压，列出方程即可求出灯泡电阻和电源的电压．
②根据串联电路的电压特点求出灯泡正常工作时滑动变阻器两端的电压，由图象得出此时电路中的电流即为灯泡的额定电流，根据P=UI求出灯泡的额定功率．
③有图象中数据可知，当电压表的最大示数即滑动变阻器两端的电压为3.5V时，通过的电流为0.1A，根据欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的电阻，即可判断其规格．
（3）电流表示数增大，说明电路电阻减小；电压表示数增大，说明与之串联的用电器短路或并联的用电器电阻增大．
点评：本题学生一般容易出错，电源的电压和滑动变阻器规格的确定都是难点，在类似的实验题目中，不直接告诉我们选择的量程，要根据相关的参数进行计算分析，考查了学生知识的综合运用和分析的能力．