Question

3．小唐和小亮利用如图甲所示电路图测定小灯泡的功率．被测小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω左右．实验室有如下器材：电源（电压为6V）、电流表（0～0.6A  0～3A）、电压表（0～3V  0～15V）、开关各一个、导线若干、滑动变阻器四只：R₁（10Ω 0.5A）、R₂（20Ω 0.5A）、R₃（50Ω  0.5A）、R₄（500Ω  1A）．

（1）请你用笔画线代替导线，将图乙中的电路连接完整．（要求当滑动变阻器滑片向右滑动电流表示数变大）
（2）小唐连接电路闭合开关后，电压表的指针迅速越过最右侧的刻度线，无论怎样移动滑动变阻器滑片，灯泡都不亮，则原因可能是小电灯的灯丝断了．
（3）纠正上述问题后，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，多次测量，小唐画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象（图丙），则小灯泡的额定功率为0.625W．在多次测量中，小唐还发现：当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比变大（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
（4）小亮又取了一个规格、型号完全相同的旧灯泡进行实验，发现在额定电压下工作时，灯泡亮度明显偏暗，小亮仔细观察，发现这只灯泡的玻璃内壁变黑．灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光时发生升华（选填物态变化名称）而变细，消耗的实际功率变小的缘故（选填“大”或“小”）．
（5）灯泡的功率测量完毕，他们用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻更换电路中的灯泡，探究电流跟电阻的关系，得到如图丁所示的电流I随电阻R变化的图象，则他们应选用滑动变阻器R₃（选填“R₁”、“R₂”、“R₃”或“R₄”）．
（6）整理器材时小亮发现滑动变阻器接入电路的电阻丝部分比PC部分热，原因是滑动变阻器接入电路的电阻丝部分和PC部分串联，根据Q=I²Rt，两部分的电流相同，通电时间相同，由于滑动变阻器接入电路的电阻丝部分的电阻大于PC的电阻，所以滑动变阻器接入电路的电阻丝部分产生的热量多．

Answer 1

分析 （1）根据欧姆定律求出灯泡额定电流的大约值，然后确定电流表的量程，并将电流表、滑动变阻器以及开关串联在电路中；滑动变阻器滑片向右移动，灯泡亮度变亮，说明电路电流变小，即滑动变阻器接入电路的阻值变小，故将滑动变阻器的右下接线柱接入电路；
（2）闭合开关后，小明发现灯泡不发光，电流表的示数为零，电压表的示数超过3V，说明问题出在电压表两接线柱之间的电路，短路不对（这样电压表示数为0），只能是开路．
（3）当灯泡两端电压为额定电压时，灯泡正常发光；根据图丙读出当灯泡两端电压额定电压2.5V时，通过灯泡的电流，再根据P=UI求出灯泡的额定功率；
灯丝电阻随温度的升高而增大；
（4）①物质由固态直接变为气态的过程叫升华；②在两端电压一定时，用电器消耗的功率的变化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析．
（5）在探究电流与电阻的关系时，要改变接入电路的电阻阻值大小，但不同阻值的电阻两端电压不变；
（6）根据焦耳定律结合串联电路电流及电阻的关系进行判断．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为2.5V，将灯泡右端接线柱与电压表“-3”接线柱相连，有当滑动变阻器滑片向右滑动电流表示数变大，可知，将滑动变阻器的右下接线柱与开关的右接线柱相连，如下图所示：

（2）无论怎样移动滑动变阻器滑片，灯泡都不亮，电压表的指针迅速越过最右侧的刻度线，电压表的示数超过3V，说明问题出在电压表两接线柱之间的电路开路．
（3）由图丙可知，当灯泡两端电压为2.5V时，通过灯泡的电流为0.25A，则灯泡的额定功率：P_额=U_额I=2.5V×0.25A=0.625W；
因为灯丝的温度随电压的升高而增大，电阻随之增大，所以当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比变大；
（4）灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光时温度很高，钨丝由固态直接变为气态发生升华现象而变细；
灯丝变细，电阻增大，在两端电压一定时，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，消耗的功率变小，即实际功率减小；
（5）由图象知，不同阻值的电阻两端电压等于0.5A×5Ω=0.25A×10Ω=…=2.5V
假设选择25Ω的定值电阻与滑动变阻器串联，由$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$知，要保持定值电阻两端电压为2.5V不变，滑动变阻器接入电路的电阻为35Ω，所以滑动变阻器选择“50Ω  0.5A”，即选择滑动变阻器R₃；
（6）滑动变阻器接入电路的电阻丝部分和PC部分串联，根据Q=I²Rt，两部分的电流相同，通电时间相同，由于滑动变阻器接入电路的电阻丝部分的电阻大于PC的电阻，所以滑动变阻器接入电路的电阻丝部分产生的热量多，比较热．
故答案为：（1）见上图；（2）小电灯的灯丝断了；（3）0.625；变大；（4）升华；小；（5）R₃；（6）滑动变阻器接入电路的电阻丝部分和PC部分串联，根据Q=I²Rt，两部分的电流相同，通电时间相同，由于滑动变阻器接入电路的电阻丝部分的电阻大于PC的电阻，所以滑动变阻器接入电路的电阻丝部分产生的热量多．

点评 本题考查了电流表的调节及读数、求灯泡额定功率、电功率的变化以及滑动变阻器规格的选择，考查角度广，设计知识点多，综合性较强，具有一定的代表性．