Question

6．小红作“测量小灯泡电功率”实验，实验室有如下器材：电源（电压恒为6V）、小灯泡（额定电压为2.5V，灯丝电阻约为10Ω）、电流表、电压表、开关各一个、规格分别为R₁“10Ω，1A”和R₂“50Ω，0.5A”的滑动变阻器各一个、导线若干．

（1）小红设计了图甲所示的电路，她应选用规格为R₂的滑动变阻器（选填“R₁”或“R₂”），该实验中滑动变阻器的作用是保护电路和改变灯泡两端的电压；．
（2）正确连接电路后，闭合开关，小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，原因是小灯泡断路．
（3）排除故障后，移动滑动变阻器滑片在不同位置，小灯泡U-I图象如图乙所示，小灯泡的额定功率为0.625W．
（4）由图乙发现灯泡电阻是变化的，影响其变化的主要原因是灯丝的温度．
（5）在没有电压表、只有电流表的情况下，小红增加了一只10Ω的定值电阻R并利用原有器材，也测出了额定电压为2.5V小灯泡的额定功率．步骤如下：
①按照如图丙所示的电路图正确连接实物电路；
②闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.25A时，灯泡正常发光；
③断开开关，保持滑动变阻器滑片P的位置（或滑动变阻器接入电路的阻值）不变，将电流表改接在灯泡所在支路中，再闭合开关，读出电流表示数I；
④小灯泡额定功率的表达式为P_额=U_额I（或2.5VI）．

Answer 1

分析 （1）根据欧姆定律求出灯正常发光时的电流大小，由串联电路电压和电流的规律，求出滑动变阻器连入电路中的最小阻值，确定变阻器的规格；
①变阻器在电路中的基本作用；
②测量小灯泡在不同电压的电功率作答；
（2）小灯泡不亮，电流表无示数，说明电路可能断路；电压表有示数，说明与电压表与电源是连通；则与电压表并联的灯之外的电路是连通的，则与电压表并联的灯断路了；
（3）由图乙，根据额定电压电压下对应的电流大小，求小灯泡的额定功率P_额=U_额I；
（4）灯丝的电阻随温度的变化而变化；
（5）在没有电压表的情况下，定值电阻R和电流表相当于电压表；将电流表与R串联，再与灯并联，首先使通过R的电流为0.25A，由欧姆定律和并联电路电压的规律，灯正常发光，
保持滑片的位置不变，将电流表与灯串联，因电路的连接没有改变，各元件两端的电压不变，读出电流表示数即灯正常发光的电流，根据P_额=U_额I求小灯泡的额定功率．

解答 解：（1）灯的额定电压为2.5V，据欧姆定律知，灯正常发光的时的电流约为I=$\frac{{U}_{L}}{R}=\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，由串联电路电压的规律，变阻器要分去U_滑=6V-2.5V=3.5V的电压，滑动变阻器的阻值至少为R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω．根故应选用R₂“50Ω0.5A”的滑动变阻器；
变阻器的基本作用是保护电路，因测量小灯泡在不同电压的电功率，所以，本实验中滑动变阻器还有改变灯两端的电压的作用；
（2）经分析，若小灯泡不亮，电流表无示数，电压表有示数，原因是小灯泡断路；
（3）由图乙知，当灯电压为2.5V时对应的电流为0.25A，小灯泡的额定功率P_额=U_额I=2.5V×0.25A=0.625W；
（4）因灯丝的电阻随温度的变化而变化不是一个定值，所以，由图乙发现灯泡电阻是变化的，影响其变化的主要原因是灯丝温度；
（5）②小红增加了一只10Ω的定值电阻R，因当电流表示数为I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=0.25A时，R两端的电压一定为2.5V，
根据并联电路电压的特点，灯的电压为2.5V，灯一定正常发光，所以，闭合开关，调节滑动变阻器滑片，使电流表示数为0.25A时，灯泡正常发光；
③断开开关，保持变阻器滑片P的位置或变阻器接入电路的阻值不变，将电流表改接在所在灯支路中，此时电路的连接关系没有改变，只是电流表由原来测通过R的电流变为测通过灯的电流I，R与灯两端的电压与变阻器的电压均保持不变，灯仍正常发光，通过灯的电流I即为灯正常发光时的电流大小．所以，断开开关，保持滑动变阻器滑片P的位置（或滑动变阻器接入电路的阻值）不变，将电流表改接在灯泡所在支路中，再闭合开关，读出电流表示数I；
④小灯泡额定功率的表达式为P_额=U_额I（或2.5V×I）．
故答案为：
（1）R₂；保护电路；改变灯泡两端的电压；
（2）小灯泡断路；（3）0.625；（4）的温度；（5）②0.25；③滑动变阻器滑片P的位置（或滑动变阻器接入电路的阻值）；④U_额I（或2.5VI）

点评 本题测量小灯泡电功率，考查器材的选择、常见故障的分析、影响电阻大小的因素等知识及设计实验方案的能力，有一定难度．