Question

20．小明利用如图甲所示电路测定小灯泡的功率．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（电压恒为6V）、电流表、电压表、开关、滑动变阻器R（50Ω  0.5A）各一个、导线若干．
（1）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图乙所示，则接下来的操作是调零．正确连接电路闭合开关后，发现无论怎样移动滑动变阻器的滑片，灯泡都不亮，电压表示数接近6V，电流表示数几乎为0，电路的故障可能是灯泡断路．
（2）排除电路故障后，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，多次测量，小明画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象（如图丙），则小灯泡的额定功率为0.625W．
（3）灯泡的功率测量完毕，小明用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，由图象可得出结论：电压一定时，电流与电阻成反比．
（4）若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为14Ω，则所选定值电阻的阻值为10Ω．

Answer 1

分析 （1）①由图知，电流表指针没有指在零刻度线上，使用电流表前应对电流表进行机械调零，使指针指在零刻度线上；②闭合开关灯泡不亮，可能是灯泡断路或短路或灯泡之外的电路断路；电流表无示数可能是电路断路；电压表示数接近6V，等于电源电压，说明电压表与电源两端相连，电压表并联电路之外，不存在断路；综合分析知电路故障原因是：灯泡断路；
（2）已知灯泡的额定电压，通过图象得到额定电压下的电流，利用公式P=UI得到灯泡的额定功率；
（3）导体中电流与电阻成反比；
（4）串联电路中用电器两端电压与其阻值成正比，由图象可得电阻两端电压，已知电源电压和电阻两端电压，可以得到滑动变阻器两端电压，根据串联电路用电器两端电压与电阻的对应关系，得到定值电阻的阻值．

解答 解：
（1）①电流表指针没有指在零刻度线上，应先对电流表调零；
②电路正确连接后，闭合开关，移动滑片P，发观灯泡总不亮，且电流表无示数，但电压表示数接近6V，则故障原因可能是灯泡断路；
（2）由图象知，在额定电压下，通过灯泡的电流为I=0.25A，所以灯泡的额定功率为P_额=U_额I=2.5V×0.25A=0.625W；
（3）由丁图可知，图象上各点对应的电流I与电阻R的乘积是一个定值，IR=2.5V，由此可见：在电压一定时，通过导体的电流与导体电阻成反比；
（4）滑动变阻器两端电压为U₂=U-U₁=6V-2.5V=3.5V，
滑动变阻器与定值电阻串联，电流相等，可得：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
代入数值得：$\frac{2.5V}{3.5V}$=$\frac{{R}_{1}}{14Ω}$；
解得R₁=10Ω，即选择的定值电阻阻值为10Ω．
故答案为：（1）调零；灯泡断路；
（2）0.625；
（3）电压一定时，电流与电阻成反比；
（4）10．

点评 本题考查了电流表的调节及读数、电路故障分析、求灯泡额定功率、灯泡电阻与温度的关系、升华现象、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．