Question

4．学校实验室新进了一批“2.5V  0.75W”的小灯泡，小强想通过实验探究小灯泡的额定功率是否符合规格．实验老师提供了以下器材：待测小灯泡、滑动变阻器R₁“10Ω  1.5A”、R₂“50Ω  1A”、R₃“100Ω  0.5A”各一个、电流表、电压表、蓄电池（电压为6V）、开关、导线若干．

（1）如图所示，请根据图甲所示的电路图，用笔画线代替导线把图乙所示的实物电路补充完整．
（2）连接实物电路图时，开关S应该断开．
（3）正确连接电路后，闭合开关S，移动滑动变阻器的滑片，小强发现小灯泡始终不亮，电压表有示数，电流表示数为0，经检查电表完好，则故障可能是小灯泡断路．
（4）小强更换器材后完成实验，测出多组实验数据，作出“I-U”关系图象如图丙所示，由图可得小灯泡实测的额定功率为0.75W，该小灯泡符合（选填“符合”或“不符合”）制造规格．
（5）由“I-U”图象可知，当小灯泡两端的电压为0.5V时，它的电阻是5Ω；进一步分析图象可得小灯泡的电阻随着它两端电压的升高而增大（选填“增大”、“减少”或“不变”），本实验中小强选择的滑动变阻器是R₃（选填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．

Answer 1

分析 （1）根据电路图连接实物图，把电流表与滑动变阻器串联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，小灯泡右接线柱与电压表的负接线柱相连；
（2）为了保护电路元件，在连接电路时，开关要断开；
（3）开关闭合时，发现电压表有示数，说明电压表两接线柱之间与电源是通路，而电流表无示数说明电路某处出现断路，灯泡不亮，说明故障出现在灯泡处，由此判断电路的故障；
（4）先根据图丙读出灯泡两端电压等于额定电压对应的电流，然后利用P=UI求出小灯泡的额定功率；据此判断灯泡是否合乎规格；
（5）根据图丙读出灯泡两端电压为0.5V时对应的电流，利用R=$\frac{U}{I}$ 求出灯泡的电阻；灯丝的电阻随温度升高而增大；根据图丙可知，当电路中的电流最小时，可求出此时滑动变阻器可能接入的最大值，从而判断所选用的滑动变阻器的规格．

解答 解：
（1）把电流表的负接线柱与滑动变阻器的D接线柱相连，灯泡的右接线柱与电压表负接线柱相连，如下图所示：

（2）在连接电路时，开关应该处于断开状态；
（3）开关闭合时，发现电压表有示数，说明电压表两接线柱与电源之间是通路，而电流表无示数说明电路某处出现断路，灯泡不亮，说明故障出现在灯泡处，由此判断电路的故障为小灯泡断路；
（4）根据图丙可知，灯泡两端电压为2.5V时，通过灯泡的电流为0.3A，
则灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W，由此判断该小灯泡符合制造规格；
（5）根据图丙可知，灯泡两端电压为0.5V时，通过灯泡的电流为0.1A，
根据I=$\frac{U}{R}$可知，灯丝的电阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.5V}{0.1A}$=5Ω；
因为灯丝的电阻随温度的升高而增大，所以当小灯泡电压增大时，灯丝温度升高，灯丝电阻将增大．
根据图丙可知，当通过灯泡的最小电流为0.1A时，灯泡两端电压为0.5V，则滑动变阻器两端的最大电压为U_滑
=U_总-U_灯=6V-0.5V=5.5V，滑动变阻器连入电路中的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{5.5V}{0.1A}$=55Ω．而R₂＜55Ω＜R₃，因此本实验中小强选择的滑动变阻器是R₃．
故答案为：
（1）如上图所示；（2）断开；（3）小灯泡断路；（4）0.75；符合；（5）5；增大；R₃．

点评 此题是“测量小灯泡功率”的实验，考查了有关电路连接的注意事项、故障的判断、欧姆定律和电功率计算公式的应用，同时考查了灯丝电阻与温度的关系以及滑动变阻器规格的选择的问题，考查得比较全面．