Question

8．在“测定小灯泡的电功率”实验中，电源由两节新干电池组成，小灯泡L标有“2.5V”字样，滑动变阻器标有“10Ω 1Α”字样．
（1）请用笔画线代替导线，将图中实物电路正确连接完整．要求：闭合开关S前，移动变阻器的滑片P至左端时，变阻器连入电路的阻值最大．
（2）连接好电路，闭合开关，观察到灯泡L不发光，电压表示数为零．将电压表分别正确并联在AB、AC、AD两端，发现U_AB=U_AC=0，U_AD＞0．请判断，发生故障的是CD断路 （选填：AB、BC或CD）．

实验次数	电压表示数U/V	电流表示数I/A
1	2.0	0.17
2	2.5	0.20
3	3.0	0.22

（3）故障排除后，小明通过实验测得如表所示的数据，分析数据可知灯泡的额定功率是0.5W．
（4）小明又取了一个规格、型号完全相同的旧灯泡进行实验，发现在额定电压下工作时，灯泡亮度明显偏暗，小明仔细观察，发现这只灯泡的玻璃内壁变黑，灯丝变细，消耗的实际功率变小的缘故（选填“大”或“小”）．
（5）小王通过表格中的实验数据，比较出“实际电压是额定电压一半时的电功率P₁”和“实际电流是额定电流一半时的电功率P₂”的大小，则P_1大于P₂（选填“大于”、“小于”或“等于”）．
（6）小明将灯泡换成阻值为5Ω的定值电阻继续探究“电流与电阻关系”，他调节滑动变阻器的滑片使电压表示数为2V，读出电流表的示数，并记录在表格中，他接着进行正确的操作，将10Ω的电阻接入电路，为读取正确的电流值，他应将滑动变阻器的滑片向左移（选填“左”、“右”），当电压表示数为2V时，停止调节，读出电流表示数．按照小明的实验设计，为了能完成实验，所选定值电阻的最大值为20Ω．

Answer 1

分析 （1）测定小灯泡电功率的实验中，电压表测灯泡两端电压，利用滑动变阻器调节灯泡两端电压，应将变阻器串联接入电路，根据要求完成实物连接；
（2）灯泡不亮，电压表无示数，可能是灯泡短路或断路造成，故障类型应根据电压表示数情况判断；
（3）由表格数据，找到灯泡额定电压下的电流，根据P=UI计算额定功率；
（4））在两端电压一定时，用电器消耗的功率的变化用公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析；
（5）如果灯泡电阻不随温度变化，则U_L=$\frac{1}{2}$U_额时的电流I=$\frac{1}{2}$_额，其P_实=$\frac{1}{4}$P_额；实际上灯泡电阻随温度升高而增大，根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析实际功率与额定功率的关系；
如果灯泡电阻不随温度变化而变化，I_L=$\frac{1}{2}$I_额时，灯泡实际功率P_实=$\frac{1}{4}$P_额；实际上灯泡温度越低，灯泡电阻越小，通过灯泡电流为其额定电流一半时，根据根据P=I²R分析实际功率与额定功率的关系；
（6）要探究电流与电阻的关系，需要改变接入电路的定值电阻的阻值，同时保持两端电压一定；然后根据串联电路分压的特点确定滑片移动的方向；
探究电流与电阻的关系，应控制电阻两端电压保持不变；如果定值电阻阻值太大，定值电阻分压太大，把滑动变阻器阻值全部接入电路后，定值电阻两端电压仍会大于电阻两端应保持的电压，无法进行实验；应用串联电路特点与欧姆定律可以求出定值电阻的最大阻值．

解答 解：
（1）测定小灯泡电功率的实验中，电压表测灯泡两端电压，由题灯泡额定电压2.5V，所以电压表应使用0-3V量程，利用滑动变阻器调节灯泡两端电压，应将变阻器串联接入电路，闭合开关P在左端处于最大值，所以应将右下接线柱接入电路，如图所示：
；
（2）观察到灯泡L不发光，电压表示数为零，有可能是灯泡短路或断路造成的，发现_AB=U_AC=0，U_AD＞0，说明从D点、灯丝、电流表、滑动变阻器到电压的正负极是通路，所以是CD之间发生了断路；
（3）由表格数据可知，当灯泡两端电压为2.5V时正常工作，通过的电流为0.2A，所以灯泡的额定功率为：P=UI=2.5V×0.2A=0.5W；
（4）一个规格型号完全相同的旧灯泡由于使用时间很久，钨丝发生升华现象而变细；灯丝电阻变大，则照明电路里，由公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$知，消耗的功率变小，即实际功率减小；
（5）根据P=$\frac{{U}^{2}}{R}$，灯泡实际电压为其额定电压一半时，灯泡电阻减小，它的实际功率P₁＞$\frac{1}{4}$P_额；
根据P=I²R，实际电流等于额定电流一半时，灯泡电阻减小，实际功率P₂＜$\frac{1}{4}$P_额．
故P₁＞P₂；
（6）定值电阻R的阻值由5Ω更换为10Ω时，根据串联电路分压的特点可知，定值电阻两端电压变大，因此需增大滑动变阻器两端电压，即增大滑动变阻器接入电路的阻值，故将滑片向左移动，直到电压表的示数为2V；
（4）电阻两端电压为2V，滑动变阻器两端电压为3V-2V=1V，
当接入电路的阻值太大时，滑动变阻器分压仍小于1V，无法继续进行实验；
当滑动变阻器阻值全部接入电路时，
电路电流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑最大}}$=$\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，
此时接入电路的定值电阻阻值最大，
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{2V}{0.1A}$=20Ω．
故答案为：
（1）见上图；（2）CD；（3）0.5；（4）小；（5）大于；（6）左；20．

点评 本题考查了实物图的连接、滑动变阻器的使用、欧姆定律的应用、串联电路的特点和电功率等知识掌握情况．要明确：探究电流与电阻的关系，应控制电阻两端的电压不变；应用串联电路特点与欧姆定律可以求出定值电阻阻值．