Question

15．小强同学在实验室发现一个铭牌不清楚的小灯泡（额定电压为2.5V，灯丝电阻约为10Ω），于是决定测定该灯泡额定电功率．他所使用的电源电压为6V，滑动变阻器R₁和R₂的规格分别为“10Ω 2A”和“20Ω 1A”，如图甲是小刚连接的实验电路．

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲的实物电路连接完整；
（2）实验时，应该选择滑动变阻器R₂（选填“R₁”或“R₂”）．闭合开关前应将滑片移动到最左端（选填“左”或“右”）；
（3）小强连好电路闭合开关，移动变阻器滑片P，发现小灯泡不亮，但电压表、电流表都有示数，其原因是滑动变阻器的接入阻值太大，小灯泡实际功率太小；
（4）小强移动滑片，改变滑动变阻器的阻值，多次测量．当滑片P于某处时，电压表的示数为2.2V，要测量小灯泡的额定功率，应将滑片P向右端滑动（选填“左”或“右”）；小刚画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象如图乙，则小灯泡的额定电流为0.2A，额定功率为0.5W；
（5）在多次测量中，小刚还发现：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”），这是因为灯丝电阻受温度影响引起的；
（6）实验中绘出了小灯泡的电流与电压关系的U-I图象如图，则如图中有关此小灯泡功率P与U²或P与I²的图象可能正确的是D；

（7）小强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，他仔细观察，发现这只灯泡的玻璃内壁变黑，灯丝变细，消耗的实际功率变小（选填“大”或“小”）．

Answer 1

分析 （1）在连接电路时，滑动变阻器与灯泡串联，注意电流表和电压表的连接方法．电流表串联在电路中，电压表与灯泡并联，并注意其量程和正负接线柱的接法．
（2）根据小灯泡的额定电压及电源电压计算所串联电阻的最小阻值．根据串联电路的知识分析选择滑动变阻器的．
滑动变阻器在电路中可以保护电路，闭合开关前应将滑动变阻器的滑片移动到阻值最大的位置．
（3）闭合开关灯泡不亮，电流表、电压表均有示数，排除断路和短路，可能是灯泡的实际功率太小造成，分析原因．
（4）滑动变阻器可以改变灯泡两端电压．根据串联电路的分压特点和欧姆定律判断如何使灯泡两端的实际电压达到额定电压；
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．
（5）灯丝电阻受温度的影响，变化较明显，并且温度越高，电阻越大．
（6）根据公式P=I²R或P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析．
（7）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．

解答 解：（1）由I=$\frac{U}{R}$得，灯泡正常工作的电流：I=$\frac{{U}_{额}}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
由于电流表串联在电路中，则应选择0～0.6A的量程；
电压表应与灯泡并联，根据额定电压，应选择0～3V的量程．
连接如图：

（2）根据串分压的知识，若滑动变阻器的电阻最大为10Ω，与灯泡的电阻相等，则小灯泡两端的电压最小为$\frac{1}{2}$×6V=3V，而其额定电压为2.5V，所以不能选择“10Ω 1A”的滑动变阻器，应选择“20Ω  2A”的滑动变阻器R₂．
闭合开关前为了保护电路应将滑动变阻器的滑片移动到阻值最大的位置，即滑动变阻器左端．
（3）电路正确连接后，闭合开关，移动滑片P，发观灯泡总不亮，但电流表、电压表均有示数，则可能是因为变阻器同时接了下面两个接线柱，灯泡两端的电压太低造成．
（4）根据串联电路的电压规律电阻大的分担的电压多可知，要想让灯泡的电压变大，可以让变阻器的电压变小，故应使滑动变阻器的阻值变小即可，所以应将滑动变阻器向右移动．
通过图象可知：灯泡两端电压为2.5V，通过的电流为0.2A，则灯泡的额定功率P_额=U_额I=2.5V×0.2A=0.5W．
（5）随电压的升高而增大，灯丝的温度升高，电阻随之增大，所以当电压表的示数增大时，灯泡的电阻即电压表与电流表的示数比值是变大的．
（6）由P=I²R知，由于电阻也在变大，所以与I2的图象有向上的趋势，C错误，D正确；
由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析知，由于电阻在变大，所以比值比正比有变小的趋势，AB均错误．
（7）一个规格型号完全相同的旧灯泡由于使用时间很久，钨丝发生升华现象而变细；灯丝电阻变大，则照明电路里，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，消耗的功率变小，即实际功率减小．
故答案为：（1）见上图；（2）R₂；左；（3）滑动变阻器的接入阻值太大，小灯泡实际功率太小；（4）右；0.2；0.5；（5）变大；温度；（6）D；（7）小．

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．