Question

13．小东同学利用如图甲所示的电路图，测量了小灯泡的电阻和电功率．他选用了下列器材：额定电压为2.5V的小灯泡、电压表（量程有“0-3V”和“0-15V”）、电流表（量程有“0-0.6A”和“0-3A”）、滑动变阻器（规格分别为甲“10Ω  1A”、乙“20Ω  0.5A”、丙“50Ω  0.2A”）、电压4.5V的电源、开关和若干条导线．

次数	U/V	I/A
1	1.5	0.17
2		0.18
3	2.5	0.2
4	3.0	0.23

（1）根据电路图和器材的规格，请用笔画线代替导线，完成图乙中实验电路的连接，使滑动变阻器的滑片向左移动时灯泡的亮度变亮．
（2）连接好电路闭合开关后，小灯泡闪亮一下就熄灭，检查发现小灯泡的灯丝已烧断，这可能是由于闭合开关时，滑动变阻器的滑片处在A（选填“A”或“B”）端所致．
（3）小东同学实验记录的数据如右表所示．其中第2次实验的电压表示数如图丙所示，则灯泡两端的电压是1.8V．
（4）经计算，小灯泡的额定功率是0.5W，正常发光时的电阻是12.5Ω；他发现，同一个灯泡计算出的四组电阻值差异较大，其原因是灯丝的电阻随温度升高而增大．
（5）在实验过程中他还发现，第4次灯泡最亮，第3次比第2次亮，第1次最暗，则说明灯泡的实际功率越大（选填“大”或“小”），灯泡越亮．
（6）分析实验数据可知，小东所选的滑动变阻器应当是乙（选填“甲”、“乙”或“丙”）．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的额定电压确定电压表的量程且与灯泡并联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中；
（2）为保护电路，闭合开关之前，滑动变阻器接入电路电阻要最大；
（3）根据电压表的量程和分度值读出灯泡两端的电压；
（4）额定电压下灯泡的实际功率和额定功率相等，根据表格找出对应的电流，根据P=UI求出其大小，再根据欧姆定律求出灯泡的电阻；导体电阻跟导体长度、横截面积、材料、温度有关，从电阻大小影响因素来考虑；
（5）根据P=UI可知实际功率的变化，然后与灯泡的亮暗相比较得出结论；
（6）由表格中数据可知，当电压表的示数为3.0V时，电流表的示数为0.23A，可知丙滑动变阻器不可选；当电压的示数为1.5V时，通过的电流为0.17A，根据串联电路的电压特点和欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的电阻，即可判断其规格．

解答 解：（1）灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表的量程为0～3V，且与灯泡并联；滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，如下图所示：

（2）连接电路后闭合开关，小灯泡闪亮一下就熄灭，说明电路连接关系是正确的，小灯泡熄灭灯丝烧断，
原因是闭合开关时，滑动变阻器连入电路的电阻为最小值，即滑动变阻器的滑片处在A端所致，导致电流过大而形成的；
（3）由图丙可知，电压表的量程为0～3V，分度值为0.1V，示数为1.8V；
（4）由表格数据可知，U=2.5V时，电流I=0.2A，
灯泡的额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W，
根据欧姆定律可得，灯泡的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω，
实验过程中，灯丝的长度、横截面积、材料都不变，当电压增大时，灯泡的实际功率变大，灯丝的温度升高，电阻是变大，故得到灯丝的电阻随温度的升高而增大；
（5）根据P=UI可知，从第一次数据到第四次数据中，电流和电压都增大，实际功率增大，灯泡变亮，故可得结论：灯泡的实际功率越大，灯泡越亮；
（6）由表格数据可知，
当电压表的示数为3.0V时，电流表的示数为0.23A，可知丙滑动变阻器不可选；
当滑动变阻器两端的电压为U₁=1.5V时，电路中的电流I₁=0.17A，
滑动变阻器接入电路的阻值：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{{I}_{1}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{I}_{1}}$=$\frac{4.5V-1.5V}{0.17A}$≈17.6Ω＞10Ω，
故滑动变阻器的规格为乙．
故答案为：
（1）如上图所示；
（2）1.8；
（3）左；
（4）0.5；12.5；温度；
（5）大；
（6）乙．

点评 本题考查了电压表的连接和读数、滑动变阻器的使用、电功率和电阻的计算、电阻与温度的关系、灯泡的亮暗与实际功率之间的关系等，关键是会根据电源的电压确定电压表的量程和根据表格数据确定滑动变阻器的规格，对学生知识的综合运用和分析能力要求较高．