Question

5．在学习了用电流表和电压表测量电阻和电功率的探究实验后，小明决定用伏安法，探究额定电压为2.5V的小灯泡的电功率和电阻．

①小明设计的电路图如图所示，请帮他在图中○内正确填上电流表和电压表符号．
②小明连接了如图的探究电路，他想要使滑动变阻器滑片P向右移动时，电流表示数增大，请用笔画线代替导线帮他将滑动变阻器和电压表正确连入电路．
③当小明要闭合开关前，应首先将变阻器的滑片滑到最大值处．
④小明闭合开关后，发现小灯泡不发光，电压表示数为3V，电流表示数为0，分析这种现象，可以得出该电路的故障A．
A．小灯泡开路     B．小灯泡短路     C．电流表开路
⑤小明排除故障后，逐渐移动滑动变阻器的滑片P到不同位置，记录下每一位置对应的电流和电压，并根据数据绘出了小灯泡的电流随电压变化的图象，如图3所示，分析图象可知，小灯泡的额定功率是1.5W，滑片P在某一位置时，电流表的示数如图4所示，此位置时小灯泡的实际功率为0.1W．
⑥仔细分析图象，当电压为0.5V，小灯泡的电阻为2.5Ω；当小灯泡正常发光时的电阻为4.2Ω．造成这种结构的原因是C．
A．测量误差   B．测量错误  C．灯丝电阻受灯丝温度影响

Answer 1

分析 ①根据电流表是串联使用，电压表是并联使用分析；
②实验中变阻器应串联在电路中，根据滑片P向右移动时，电流表示数增大确定其接线柱，电压表应与灯泡并联，根据灯泡额定电压确定量程；
③闭合开关前，应首先将变阻器的滑片滑到最大值处；
④电流表无示数，说明电路故障为断路；电压表示数接近电源电压，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连；
⑤由图3图象找出灯泡额定电压所对应的电流，然后由电功率公式P=UI求出灯泡的额定功率；读出滑片P在某一位置时，电流表的示数，由图象可读出此时灯泡两端电压，从而计算实际功率；
⑥计算正常发光时的电阻，从温度对电阻的影响分析原因．

解答 解：①实验中电流表应与灯泡串联，电压表与灯泡并联，如下图所示：
；
②实验中变阻器应串联在电路中，滑动变阻器滑片P向右移动时，电流表示数增大，即变阻器连入阻值变小，所以应将B接线柱连入电路，电压表与灯泡并联，因为灯泡额定电压2.5V，所以电压表使用说明-3V量程．如图所示：
；
③为了保护电路安全，闭合开关前，应首先将变阻器的滑片滑到最大值处；
④闭合开关后，灯不亮，电流表无示数，说明电路故障为断路；由图电源由两节干电池组成，电源电压为3V，电压表示数等于电源电压，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，因此电路故障为小灯泡断路．故选A；
⑤由图3可知，灯泡额定电压U=2.5V对应的电流I=0.6A，灯泡额定功率P=UI=2.5V×0.6A=1.5W；
由图2电流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，示数为0.2A，由图象可知此时灯泡两端电压为0.5V，所以灯泡实际功率：P_实=U_实I_实=0.5V×0.2A=0.1W；
⑥由I=$\frac{U}{R}$可知：
灯泡正常发光时电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.6A}$≈4.2Ω，比电压0.5V时的电阻大．是因为灯泡实际功率P=UI随电压增大而增大，灯泡温度升高，是因为灯泡电阻随灯泡温度升高而增大．
故答案为：
①见上图；②见上图；③将变阻器的滑片滑到最大值处；④A；⑤1.5；0.1；⑥4.2；C．

点评 本题考查了电表的使用读数、实物图的连接、电路故障分析、求灯泡电功率、影响灯泡电阻的因素等问题，是实验的常考问题，应熟练掌握；分析清楚U-I图象从中获取有用信息是关键．