Question

5．一个额定电压是2.5V的小灯泡，正常工作时的电阻约为8Ω．小明想测量它的额定功率．实验室有如下器材：电源（电压恒为6V）、电流表、电压表、开关各1个、甲（10Ω  1A）和乙（50Ω  0.5A）两种规格的滑动变阻器2个，导线若干．

（1）小明设计了图一所示电路，他应选用乙（甲/乙）种规格的滑动变阻器．
（2）图二是小明根据电路图连接的实物图，闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，发现小灯泡不亮，经检查是由于一根导线连接错误，请你在图二中连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线．
（3）小明按图一电路图连接电路，闭合开关，灯泡不亮，此时电压表示数为0.8V，电流表示数为0.1A，灯泡不亮的原因是灯的实际功率过小；如果想让小灯泡正常发光，接下来的操作是向左移动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5V．
（4）在测量小灯泡额定功率的过程中，移动滑动变阻器的滑片P时，眼睛应先注视电压表的示数，然后读出另一电表示数，当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图三所示，则小电灯的额定功率为0.8W．
（5）本实验电路除了能测出小灯泡的功率外，小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，小华认为还能探究电流与电压的关系．你认为小华的观点是错误的，理由是：灯丝的电阻随温度的改变而改变．

Answer 1

分析 （1）根据串联电路的特点求出灯泡正常发光时滑动变阻器两端的电压，然后由欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的阻值，根据这个阻值，判断选择哪个滑动变阻器；
（2）开关、滑动变阻器、灯泡串联接入电路，电压表并联在灯的两端，故据此分析错误之处并改正即可；
（3）灯的亮度取决灯的实际功率，根据P_实=U_实I_实求灯的实际功率，
根据P_L=U_LI_L=$\frac{{{U}_{L}}^{2}}{{R}_{L}}$求灯的额定功率并比较大小；
灯在额定电压下正常发光，应增大灯的电压，根据串联电路电压的规律和分压原理确定操作；
（4）灯在额定电压下正常发光；先确定电流表的分度值，而后据电流表读出对应的示数，据公式P=UI可计算出额定功率；
（5）根据欧姆定律回答；根据灯丝的电阻随温度的改变而改变分析．

解答 解：（1）灯泡正常发光时，通过其的电流约是：
I=$\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{8Ω}$=0.3125A，
滑动变阻器两端的电压：
U_滑=U-U_灯泡=6V-2.5V=3.5V，滑动变阻器接入电路的电阻：
R=$\frac{U}{I}=\frac{3.5V}{0.3125A}$≈11.2Ω＞10Ω，所以应选择“50Ω 0.5A”的滑动变阻器，即选择乙种规格的滑动变阻器；
（2）原电路中，电压表串联在电路中了，变阻器与灯并联了是错误的，在该电路中，电压表应与灯并联，变阻器应与灯泡串联，如下图：

（3）图一中，电压表测灯的电压，电流表测通过灯的电流，此时电压表示数为0.8V，电流表示数为0.1A，灯的实际功率：
P_实=U_实I_实=0.8V×0.1A=0.08W，
而灯的额定功率：
P_L=U_LI_L=$\frac{{{U}_{L}}^{2}}{{R}_{L}}$=$\frac{（2.5V）^{2}}{8Ω}$≈0.78W，灯的实际功率远小于灯的额定功率，故灯泡不亮；
如果想让小灯泡正常发光，应增大灯的电压为额定电压，根据串联电路电压的规律要减小变阻器的电压，由分压原理，应减小变阻器连入电路中的电阻大小，故接下来的操作是：向左移动变阻器的滑片使电压表示数为2.5V；
（4）该电流表选的是小量程，其分度值是0.02A，故其示数是0.32A，故其额定功率是：
P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（4）根据欧姆定律I=$\frac{U}{R}$，有R=$\frac{U}{I}$，因测出灯的电压和通过的电流，故小明认为还能测出小灯泡灯丝的阻值，是正确的；
探究电流与电压的关系时，要控制电阻的大小不变，但因灯丝的电阻随温度的变化而变化，小华认为还能探究电流与电压的关系是错误的，即小华的观点是错误的．
故答案为：（1）乙；
（2）如上图；
（3）灯泡的实际功率太小；向左移动滑动变阻器的滑片使电压表示数为2.5V；
（4）电压表；0.8；
（5）小华；灯丝的电阻随温度的改变而改变．

点评 本题测量灯的额定功率，考查器材的选择、电路的连接、常见现象的分析、操作过程，同时也涉及到测小灯泡灯丝的阻值及探究电流与电压的关系实验及控制变量法的运用，综合性强．