Question

為了測定額定電壓為2.5V的小燈泡的電功率，現(xiàn)提供如下器材：電壓表（量程有“0～3V”和“0～15V），電流表（量程有“0～0.6A”和“0～3A”）．滑動變阻器（規(guī)格分別為“10Ω1A”、“20Ω2A”“50Ω1.5A”），開關(guān)，學(xué)生電源和若干條導(dǎo)線．
小芳同學(xué)連接完電路后閉合開關(guān)，把滑動變阻器的滑片從一端移動到另一端的過程中，測得了幾組數(shù)據(jù)，并描繪出如下圖象．若燈泡電阻和電源電壓在實驗過程中不變，請解答下列問題：
（1）下圖為小芳實驗連接的部分電路，請分析實驗得到的圖象，完成電路的連接．
（2）該燈泡的額定功率應(yīng)當(dāng)是

1

W，從實驗數(shù)據(jù)來看，小明所用的電源電壓是

5

V，所選的滑動變阻器的規(guī)格應(yīng)當(dāng)是

50Ω 1.5A

；
（3）快要結(jié)束實驗時，他發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表的示數(shù)同時增大，可能原因是

燈泡短路

．

Answer 1

分析：（1）測量小燈泡功率的實驗原理是P=UI，需要電壓表測量燈泡兩端電壓，電流表測量通過燈泡的電流；
（2）①任取圖象中兩組電壓表和電流表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的電壓特點分別表示出電源的電壓，列出方程即可求出燈泡電阻和電源的電壓．
②根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出燈泡正常工作時滑動變阻器兩端的電壓，由圖象得出此時電路中的電流即為燈泡的額定電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率．
③有圖象中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表的最大示數(shù)即滑動變阻器兩端的電壓為3.5V時，通過的電流為0.1A，根據(jù)歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的電阻，即可判斷其規(guī)格．
（3）電流表示數(shù)增大，說明電路電阻減��；電壓表示數(shù)增大，說明與之串聯(lián)的用電器短路或并聯(lián)的用電器電阻增大．

解答：解：（1）由圖象知：電流表示數(shù)隨電壓表示數(shù)的減小而增大，說明電路電阻減小時，電壓表并聯(lián)部分電阻是減小的，即電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，并且選擇0～15V量程．電路連接如下；
（2）①當(dāng)電壓表的示數(shù)為U₁=3.5V時，電路中的電流I₁=0.1A，則電源的電壓U=U₁+I₁R_L=3.5V+0.1A×R_L，①
當(dāng)電壓表的示數(shù)為0時，電路中的電流I₂=0.8A，則電源的電壓U=I_最大R_L=0.8A×R_L，②
解由①②聯(lián)立的方程得：R_L=10Ω，
將燈泡電阻代入①得，電源電壓為U=5V，
②燈泡正常工作時，滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_L額=5V-2.5V=2.5V，
有表格可知，燈泡的額定電流I_L額=0.4A，
燈泡的額定功率P_L額=U_L額I_L額=2.5V×0.4A=1W．
③由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)滑動變阻器兩端的電壓為U₁=3.5V時，電路中的電流I₁=0.1A，
滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=

U最大

I最小

=

3.5V

0.1A

=35Ω＞20Ω，
故滑動變阻器的規(guī)格為50Ω 1.5A．
（3）因為電流表示數(shù)增大是電路電阻減小，電壓表與滑動變阻器并聯(lián)，示數(shù)增大，不可能是滑動變阻器接入電路電阻增大，所以故障只能是燈泡短路．
故答案為：
（1）電路連接如下：
；
（2）1；5；50Ω  1.5A；
（3）燈泡短路．

點評：本題學(xué)生一般容易出錯，電源的電壓和滑動變阻器規(guī)格的確定都是難點，在類似的實驗題目中，不直接告訴我們選擇的量程，要根據(jù)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行計算分析，考查了學(xué)生知識的綜合運(yùn)用和分析的能力．