Question

10．、小明在进行“测量小灯泡电功率”的实验时，实验台上给他提供的器材有：6V蓄电池、电流表（0-0.6A、0-3A）、电压表（0-3V、0-15V）、“50Ω、1A”和“10Ω、1.5A”两种规格的滑动变阻器、额定电压为2.5V的小灯泡（正常发光时的电阻约为10Ω）、开关各一个，导线若干．

（1）为顺利完成实验，小明在实验中应选用规格为“50Ω、1A”的滑动变阻器．
（2）请你用笔画线代替导线，帮小明将图甲的实物电路连接完整．（要求：滑片P向右移动时，小灯泡变亮）
（3）连好电路后，闭合开关，通过移动滑动变阻器的滑片，分别记下了多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制了U-Ι图象如图乙所示．根据U-Ι图象提供的信息，小灯泡的额定电流为0.2 A，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W，当加在小灯泡两端的电压为1.5V时，小灯泡的电阻是10Ω．
（4）实验中观察到：当小灯泡两端的电压低于0.5V时，小灯泡不发光，根据图象分析其原因是灯泡实际实际功率太小．
（5）完成上述实验后，小华在缺少电压表的情况下，根据绘制出的小灯泡电流与电压关系图象，设计出了一个测未知定值电阻的电路，如图丙所示．请根据电路图在空格内将实验步骤补充完整．
①断开开关S₂，闭合开关S₁，适当调节滑动变阻器，读出电流表示数为Ι₁，根据小灯泡电流与电压关系图象得出灯泡的电压为U₁；
②闭合开关S₂，断开开关S₁，读出电流表示数为Ι₂．得出 表达式：R_x=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．

Answer 1

分析 （1）由欧姆定律求出灯泡正常发光时的电流，由串联电路特点求出此时滑动变阻器接入电路的阻值，由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值，据此选择滑动变阻器规格．
（2）根据灯泡额定电压确定电压表量程，把滑动变阻器串联接入电路，电压表与灯泡并联．
（3）由图象求出灯泡额定电压对应的电流，由P=UI求出灯泡额定功率；由图象求出电压1.5V对应的电流，由欧姆定律求出灯泡电阻．
（4）小灯泡不发光的原因可能是小灯泡实际功率过小．
（5）要测量未知定值电阻，需测量出未知定值电阻的电压和电流，应用并联电路特点与欧姆定律求出通过未知定值电阻的电流，然后应用R=$\frac{U}{I}$求出未知定值电阻表达式．

解答 解：（1）灯泡正常发光时的电流约为I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，此时滑动变阻器两端电压U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
由I=$\frac{U}{R}$可得，滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，因此应选规格为50Ω、1A的滑动变阻器．
（2）灯泡额定电压是2.5V，电压表选0～3V量程，滑动变阻器串联接入电路，电压表与灯泡并联，电路图如图所示．

（3）由图乙所示图象可知，灯泡额定电压2.5V对应的电流为0.2A，灯泡额定功率P=UI_额=2.5V×0.2A=0.5W；由图象可知，电压U′=1.5V对应的电流I′=0.15A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，此时灯泡电阻R=$\frac{U′}{I′}$=$\frac{1.5V}{0.15A}$=10Ω．
（4）小灯泡不发光，根据图象分析其原因是小灯泡实际功率过小，达不到发光程度．
（5）按照电路图正确连接电路；
①开关S₁闭合，S₂断开，此时灯泡与电阻并联，它们两端电压相等，调节滑动变阻器，读出电流表示数为Ι₁，根据小灯泡电流与电压关系图象得出灯泡的电压为U₁；
②保持滑片位置不动，断开开关S₁，闭合开关S₂，此时灯泡与定值电阻并联，电流表测干路电流，记下电流表的读数为I₂，
通过定值电阻的电流I_x=I₂-I₁，
由I=$\frac{U}{R}$可得，R_x的表达式为：R_x=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．
故答案为：（1）50Ω、1A；（2）电路图如图所示；（3）0.5；10；（4）灯泡实际实际功率太小；（5）s₂；s₁；R_x=$\frac{{U}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$．

点评 本题考查了实验器材的选择、连接实物电路图、求灯泡功率与电阻、分析影响灯丝电阻的因素，选择实验器材时要保证电路安全；连接实物电路图时，要注意电表量程的选择，注意电表正负接线柱不要接反．