Question

12．小组同学测量“小灯泡的功率”，按测小灯泡L的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω，实验室有如下器材：电源（电压恒为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，滑动变阻器三只：R₁（5Ω   0.5A）、R₂（50Ω   0.5A）、R₃（500Ω   1A）．测量电路如图甲所示：

（1）请按照电路图甲，以笔画线连接实物图乙（电压表、电流表应选择合适的量程）
（2）滑动变阻器应选用R₂．（选填R₁/R₂/R₃）
（3）闭合开关S前，滑动变阻器的滑片P应移至BA/B）端．
（4）闭合开关S后，发现小灯泡L不亮，电流表有示数，但电压表无示数，故障原因可能是灯泡L处短路．
（5）排除故障后，闭合开关S，调节滑动变阻器的滑片P到某一位置，电流表和电压表的示数如图丙所示，此时通过小灯泡L的电流是0.22A，灯泡两端的电压是1.8V，此时灯泡的电阻是8.2Ω，灯泡的实际功率是0.396W．
为使小灯泡L处于额定工作状态，此时应将滑动变阻器的滑片向（左/右）移，直至电压表的示数为2.5V．

（6）改变滑动变阻器的阻值，多次测量通过小灯泡L的电流和它两端的电压，根据记录的数据，同学们画出了灯泡中电流随其两端电压变化的关系图象，如图丁所示，根据图象提供的信息，算出灯泡的额定功率为0.625W，灯泡的电阻随电压增大而变大．（变小/不变/变大）

Answer 1

分析 （1）根据电路图连接实物图，根据额定电压确定电压表的量程，计算出额定电流，确定电流表的量程；
（2）根据欧姆定律计算出灯泡正常发光时所需滑动变阻器的阻值，选择合适的变阻器；
（3）闭合开关前，应将滑片移至最大阻值处；
（4）小灯泡不亮，电流表有示数，应排除断路，电压表无示数，说明灯泡两端无电压，则灯泡短路；
（5）根据图丙读出电流表和电压表的示数；
由R=$\frac{U}{I}$计算出灯泡的电阻值；
由P=UI计算出灯泡的电功率；
灯泡两端的电压低于额定电压，要正常发光，需减小滑动变阻器的阻值；
（6）根据图象，确定U=2.5V时的电流值，由P=UI计算出额定电功率；
灯丝的电阻随温度的升高而增大．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表需选择0～3V的量程；
灯泡的额定电流大约为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，所以电流表应选择0～3V量程，按电路图连接电路，如图所示：

（2）当灯泡正常发光时，滑动变阻器的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω，R₁最大阻值太小，而R₃最大阻值太大，所以应选择R₂；
（3）滑动变阻器的下面接了左边的A接线柱，所以在闭合开关前，应将滑片移至最右端，即B端，使其阻值最大；
（4）闭合开关S后，小灯泡L不亮，电流表有示数，电压表无示数，则与电压表并联的灯泡被短路；
（5）由图丙知，电流表的量程应为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.22A；
电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为1.8V；
则R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.8V}{0.22A}$≈8.2Ω；
P=UI=1.8V×0.22A=0.396W；
此时灯泡两端的电压低于额定电压，为使灯泡正常发光，应减小滑动变阻器的阻值，将滑片向左端滑动，直至电压表的示数为2.5V；
（6）由U-I图象可知，当U_额=2.5V时，I_额=0.25A，所以小灯泡的额电功率P_额=U_额I_额=2.5V×0.25A=0.625W；
由U-I图象可知当U₁=1.5V时，I₁=0.2A，所以R₁=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{1.5V}{0.2A}$=7.5Ω；
当U₂=2.5V时，I₂=0.25A，所以R₂=$\frac{{U}_{2}}{{I}_{2}}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω，
故小灯泡灯丝电阻随电压增大而增大；在该过程中，灯泡中的电流越来越大，故其 温度越来越高，故是电压增大时，灯丝温度升高，电阻增大造成的．
故答案为：（1）见上图；（2）R₂；（3）B；（4）灯泡L处短路；（5）0.22；1.8；8.2；0.396；左；电压表的示数为2.5V；（6）0.625；变大．

点评 本题考查了用伏安法测灯泡电功率的实验中电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用方法．对于电表量程的选择，应尽量使在不超过电表量程的前提下，使电表指针偏转幅度尽量大些，以保证可以多测几组数据，从而归纳出普遍结论．