Question

19．在“测量小灯泡正常发光时的电阻”的实验中，小刚同学用一个电压表、一个电流表、一个开关、一个滑动变阻器、电压为4.5V的电源和额定电压为3.8V的小灯泡，设计了如图甲所示的电路．

（1）请你用笔画线代替导线，按照所示电路图，帮小刚将图乙中缺少的二根导线补充连接完整（滑片向左移灯变亮）
（2）连接电路时开关应断开，闭合开关前滑片P应位于最右端（选填“左”或者“右”）．
（3）连好电路闭合开关，发现小灯不亮，电压表有示数、电流表无示数，则故障可能是灯泡断路．
（4）正确连接好电路后，闭合开关，调节滑动变阻器，当小灯泡正常发光时，电流表指针如图丙所示，此灯泡的额定功率为1.14W．
（5）小刚想在上述实验的基础上，进一步研究“一段电路中的电流跟电路两端电压的关系”，获得多组灯泡两端电压和电流的数据之后，发现电流与电压不成正比，请指出他的实验方法的不合理之处灯丝电阻随温度的变化而变化（或无法控制小灯泡电阻不变）．
（6）上列图中有关此小灯泡功率P与U²或P与I²的图象可能正确的是丁图中B．

Answer 1

分析 （1）本实验中滑动变阻器应一上一下串联接入电路中，电压表与灯泡并联，根据灯泡的额定电压确定其量程；
（2）连接电路时开关应断开，滑动变阻器的滑片应位于最大值处；
（3）电压表有示数说明电压表两接线柱与电源之间是通路，灯泡不亮、电流表无示数说明电路某一处出现断路，由此分析故障原因；
（4）根据电流表的量程和分度值读出通过未知电阻的电流，由P=UI计算额定功率；
（5）研究“一段电路中的电流跟电路两端电压的关系”时，应控制电阻的阻值不变，而灯泡的电阻会随温度的变化而变化；
（6）根据公式P=I²R分析P与I²的图象，根据公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析P与U²的图象．其中电阻R随温度的升高而增大．

解答 解：
（1）由图甲知，滑动变阻器应一上一下串联接入电路中，且滑片向右滑阻值变大，所以应将左下接线柱接入电路中；电压表与灯泡并联，因为灯泡额定电压为3.8V，所以电压表应使用0-15V量程，实物连接如图所示：

（2）为了保护电路，连接电路时开关应断开，由图知，闭合开关时，应将滑动变阻器的滑片置于最大值右端；
（3）灯泡不亮，电流表无示数，说明电路中有断路，电压表有示数说明电压表两接线柱与电源之间是通路，说明电压表并联部分断路，即小灯泡可能断路了；
（4）由丙图知，电流表使用的是0～0.6A量程，分度值0.02A，所以灯泡正常发光时的电流为0.3A，
所以灯泡的额定功率为：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（5）灯泡的电阻与温度有关，研究“一段电路中的电流跟电路两端电压的关系”时，无法控制小灯泡电阻不变，故得不出电流与电压成正比的结论；
（6）在A和B的P-U²图象中，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，图象上某点与原点连线的斜率为电阻倒数$\frac{1}{R}$，因随温度的升高R增大，因而$\frac{1}{R}$应减小，故A错误，B正确；
在C和D的P-I²图象中，由P=I²R可知，图象上某点与原点连线的斜率为电阻R，而电阻R又随温度的升高而增大，故CD错误．
故答案为：（1）实物电路如上图；
（2）断开；  右；
（3）灯泡断路；
（4）1.14； （5）灯丝电阻随温度的变化而变化 （或无法控制小灯泡电阻不变）；   （6）B．

点评 本题考查了实物图的连接、电路故障的判断、电流表的读数以及电功率的简单计算等．知道探究电流与电压关系时应控制电阻的阻值不变和知道灯泡的电阻与温度有关；注意学会从数学函数的角度分析物理图象问题，并区分曲线上某点与原点连线的斜率和曲线的切线的斜率含义的不同．