Question

7．在“测量小灯泡电功率”的实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻大约为10Ω，电源电压为6V．
（1）甲图中已有部分电路连好，请用笔画线代替导线将电路连接完整，要求滑片向右移灯泡变亮．
（2）小明连接好实验电路，闭合开关，发现无论怎样移动滑片灯泡都不亮，电流表无示数，电压表有示数，发生的故障可能是灯泡断路．

次数	1	2	3	4
电阻/Ω	5	10	15	20
电流/A	0.6	0.3	0.2	0.15

（3）故障排除后重新闭合开关，移动滑片P，记下多组对应的电压表和电流表的示数，并绘制成图乙所示的图象．根据图象信息，可计算出小灯泡的额定功率是0.5W．
（4）在多次测量中，小明还发现：当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比变大（选填“变大”、“变小”或“不变”）．
（5）完成实验后，该组同学又找来了几个不同阻值的电阻代替小灯泡继续探究“电压不变时，电流与电阻的关系”，得到的实验数据如右表，该组同学做完第2次实验后，用15Ω的电阻代替10Ω的电阻，闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片P向A端移动（选填“A”或“B”），完成第三次实验．
（6）为完成整个实验，应该选取最大阻值不小于20Ω的滑动变阻器．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡额定电压确定电压表量程，根据题目要求确定滑动变阻器接法，把滑动变阻器串联接入电路，电压表并联在灯泡两端．
（2）根据电路故障分析电路故障原因；
（3）从图象上找到额定电压对应的点，读出对应的电流，利用P=UI计算额定功率；
（4）灯丝电阻受温度的影响，变化较明显，并且温度越高，电阻越大；
（5）用15Ω的电阻替换10Ω的电阻，闭合开关后，由于电路总电阻变大，电路电流变小，滑动变阻器两端电压变小，由于电源电压不变，由串联电路的特点知，电阻两端电压变大，要保持电阻两端电压不变，应移动滑动变阻器滑片，使滑动变阻器接入电路的阻值变大，电阻两端的电压减小，以保证电阻两端的电压保持不变；
（6）找出实验时电路的最小电流，由串联电路的特点及欧姆定律求出此时滑动变阻器接入电路的阻值，据此确定滑动变阻器的最大阻值．

解答 解：（1）灯泡额定电压是2.5V，电压表选0～3V量程，滑动变阻器在连接时要遵守“一上一下”的原则；
当滑片向右移时灯泡变亮，说明滑动变阻器接入电路中的电阻减小，
所以从开关出来的导线应与滑动变阻器右边下方接线柱连接，连接好的电路图如图所示：

（2）如果灯泡断路，则电路断路，电流表示数为零，电压表与电源两端相连，
电压表示数接近电源电压，故电路故障是灯泡断路；
（3）由图象知，当灯的电压是2.5V时，对应的电流值为0.2A，额定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）灯丝的电阻随温度的升高而变大，所以电压与电流的比值--电阻是变大的；
（5）由表中实验数据知，电阻两端的电压为5Ω×0.6A=3V保持不变；为保证电阻两端的电压保持不变，用15Ω的电阻替换10Ω的电阻，闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片P向A端移动，使电压表的示数为3V，完成第三次实验，通过实验可以得到：电压一定时，电流与电阻成反比；
（6）探究“电流与电阻的关系”，实验中控制电阻R两端的电压为3V不变，
由题定值电阻R与滑动变阻器串联，电阻R的最大阻值R=20Ω，电路中电流最小，
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{3V}{20Ω}$=0.15A，
此时的总电阻最大值为：
R_总=$\frac{{U}_{总}}{I}$=$\frac{6V}{0.15A}$=40Ω，
所以要求滑动变阻器的最大值不能小于：R_滑=R_总-R=40Ω-2Ω=20Ω．
故答案为：（1）如上图； （2）灯泡断路； （3）0.5；（4）变大；（5）A； （6）20．

点评 本题考查了电路故障分析、求灯泡额定功率、灯泡电阻与温度的关系、电功率的变化以及滑动变阻器规格的选择，设计的知识点多，综合性较强，具有一定的代表性．