Question

7．在測定“小燈泡的電功率”的實驗中，已知電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V．小燈泡的電阻約為10Ω，有兩個滑動變阻器，型號分別為“10Ω  1A”和“30Ω  1A”．如圖甲是小剛同學(xué)連接的實物電路．

（1）為安全順利完成實驗，應(yīng)該選擇“30Ω 1A”的滑動變阻器．閉合開關(guān)前，老師檢查發(fā)現(xiàn)小剛同學(xué)連接的電路有一根導(dǎo)線連接錯誤，請你在錯誤的連線上畫“×”并只移動一根導(dǎo)線．用筆畫線代替導(dǎo)線將電路連接正確．
（2）小剛將錯誤連線改正后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，則故障原因是小燈泡斷路．
（3）故障排出后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片到某一位置，小燈泡正常發(fā)光，電流表示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是0.75W．
（4）小剛同學(xué)經(jīng)過多次測量后，繪出了小燈泡的電流與電壓關(guān)系的U-I圖象如圖丁所示．那么下列各圖中能正確表示燈泡功率P與它兩端電壓的平方U²的關(guān)系是D

（5）另一同學(xué)不使用電壓表，使用兩個電流表和一個5Ω的定值電阻R₀，設(shè)計了如圖丙所示的電路圖，也測出了小燈泡的額定功率．調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，使電流表A₁示數(shù)為0.5A時，小燈泡正常發(fā)光；在實驗測量過程中，電流表A₁與R₀串聯(lián)起來的作用相當(dāng)于電壓表．

Answer 1

分析 （1）已知電源電壓、燈泡的額定電壓和電阻，求出燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器接入電路的阻值，然后選擇滑動變阻器；
測小燈泡的電功率中電流表、滑動變阻器應(yīng)與燈泡串聯(lián)，電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，由此分析錯誤并修改；
（2）閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，說明問題出在電壓表兩接線柱之間的電路，短路不對（這樣電壓表示數(shù)為0），只
 能是開路：小燈泡處斷路；
（3）確定電流表的量程與最小分度值，根據(jù)電流表指針位置讀出電流表的示數(shù)．已知燈泡的額定電壓，由P=UI可求出燈泡的額定功率；
（4）根據(jù)U-I圖象，分析燈泡電阻隨溫度的升高而增大．根據(jù)公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析P與U²的圖象；
（5）根據(jù)I=$\frac{U}{R}$，確定電流表A₁的示數(shù)，再利用并聯(lián)電路特點(diǎn)電壓相等，使U₀=I_A1R₀=2.5V，此時燈泡正常發(fā)光．

解答 解：
（1）燈泡正常發(fā)光時的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，燈泡正常發(fā)光時滑動變阻器兩端電壓U_滑=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
所以滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，滑動變阻器應(yīng)選“30Ω 1A”；
測小燈泡的電功率中電流表、滑動變阻器應(yīng)與燈泡串聯(lián)，電壓表應(yīng)與燈泡并聯(lián)，圖中電流表與燈泡并聯(lián)，電壓表與燈泡串聯(lián)了，只有一根導(dǎo)線連接錯誤，可作如圖所示修改：

（2）電流表無示數(shù)，電路可能出現(xiàn)了斷路，電壓表有示數(shù)，說明問題出在電壓表兩接線柱之間的電路即：小燈泡處斷路；
（3）由圖電流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)I=0.3A，則燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）根據(jù)U-I圖象，由R=$\frac{U}{I}$可知燈泡電阻隨溫度的升高而增大．由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，P-U²圖象中，燈泡阻值隨溫度升高而增大，則比例系數(shù)$\frac{1}{R}$減小，功率隨電壓平方的變化越來越緩慢，故D正確；
（5）由圖L與R₀并聯(lián)，根據(jù)并聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)，當(dāng)R₀電壓為2.5V時燈光恰好正常發(fā)光，I_A1=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{2.5V}{5Ω}$=0.5A，在實驗測量過程中，電流表A₁與R₀串聯(lián)起來的作用相當(dāng)于電壓表；再根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)，由兩電流表示數(shù)可求出燈泡正常發(fā)光電流，利用P=UI計算得到其額定功率．
故答案為：（1）“30Ω 1A”；見上圖；（2）小燈泡斷路；（3）0.75；（4）D；（5）0.5；電壓表．

點(diǎn)評 本題考查電功率的測量中的電路連接、故障判斷、圖象分析和電路特殊方法測功率，綜合性，強(qiáng)難度大．注意學(xué)會從數(shù)學(xué)函數(shù)的角度分析物理圖象問題，并區(qū)分曲線上某點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率和曲線的切線的斜率含義的不同．