Question

14．小明在测定“小灯泡电功率”的实验中，电源电压恒为6V，小灯泡额定电压为2.5V、电阻约为10Ω．滑动变器规格为“60Ω 1A”

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物电路连接完整．
（2）正确连接电路后，闭合开关，发现灯泡不亮，电压表无示数，电流表有示数．则出现上述现象的原因是 灯泡短路，若此时电流表的示数为0.1A，则电源电压为6V．
（3）排除故障后，小明移动滑片P到某一点时，电压表示数（如图乙）为2.2V，若他想测量小灯泡的额定功率，应将图甲中滑片P向B（A/B）端移动，使电压表的示数为2.5V．
（4）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I-U图象，根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W．
（5）小明同学用几个定值电阻来代替小灯泡做欧姆定律的实验，他选用了5Ω、10Ω、15Ω、20Ω来研究电流和电阻的关系，计算要完成整个探究实验，电压表示数至少为1.5V．

Answer 1

分析 （1）由欧姆定律求出灯正常发光时的电流，确定电流表量程与灯串联；
（2）闭合开关，电流表有示数，说明电路为通路，根据电压表无示数，发现灯泡不亮确定故障原因；
为保护电路，连接电路时，变阻器连入电路中的电阻最大，分析电路的连接，根据欧姆定律求电源电压；
（3）灯在额定电压下正常发光，根据图乙中电压表小量程读数，比较电压表示数与额定电压的大小，根据串联电路电压的规律及分压原理确滑片移动的方向；
（4）灯在额定电压下正常发光，由图丙知找到灯的额定电压下的电流，根据P=UI求灯的额定功率：
（5）研究电流与电阻的关系时，要保持电压表示数不变，根据串联电路电压的规律结合分压原理，分析要完成整个探究实验，电压表示数至少为多少．

解答 解：（1）小灯泡额定电压为2.5V，电阻约为10Ω，灯正常工作时电流：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
电流表选用小量程与灯串联，如下所示：

（2）闭合开关，电流表有示数，说明电路为通路，电压表无示数，发现灯泡不亮，则出现上述现象的原因是：灯泡短路了；
因正确连接电路后，闭合开关，则变阻器连入电路中的电阻最大，R_滑=60Ω，因灯短路，故电路中只有变阻器，根据欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，电源电压：
U=IR=0.1A×60Ω=6V；
（3）灯在额定电压下正常发光，图中电压选用小量程，分度值为0.1V，示数为2.2V，小于灯的额定电压2.5V，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律，应减小变阻器的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故滑片向B移动，直到电压表示数为额定电压；
（4）灯在额定电压下正常发光，由图丙知，灯的额定电压下的电流为0.2A，则灯的额定功率：
P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（5）设电压表示数为U_表，则变阻器的电压为U-U_表，根据分压原理：$\frac{U-{U}_{表}}{{U}_{表}}$=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，即 $\frac{U}{{U}_{表}}$-1=$\frac{{R}_{滑}}{{R}_{定}}$，--------①
由①知，因实验中，电压表示数保持不变，电源电压为定值，故①式左边为定值，右边也为定值，故变阻器连入电路中的电阻随定值电阻的增大而增大，当定值电阻为R_定=20Ω时---------②，
变阻器连入电路中的最大电阻为R_滑=60Ω------③，
将②③代入①得：
U_表=1.5V，
故他选用了5Ω、10Ω、15Ω、20Ω来研究电流和电阻的关系，计算要完成整个探究实验，电压表示数至少为1.5V，选B．
故答案为：（1）如上图所示；（2）灯泡短路；6；（3）2.2；B；（4）0.5；（5）1.5．

点评 本题定“小灯泡电功率”，考查电路的连接、故障的分析、操作过程、对器材的要求、控制变量法的应用及串联电路的规律及欧姆定律的运用，最后一问难度大．