Question

8．小明做“測(cè)量小燈泡電功率”實(shí)驗(yàn)中，所用電源電壓恒為4V，小燈泡的螺旋套上標(biāo)有“2.5V”字樣，其額定功率小于1W，滑動(dòng)變阻器的規(guī)格是“10Ω 1A”．
（1）在實(shí)驗(yàn)前檢查儀器時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流表的指針如圖1甲所示，則他接下來的操作是對(duì)電流表進(jìn)行調(diào)零，使指針指在零刻度線上；請(qǐng)你根據(jù)圖乙電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖丙中未完成的電路連接好．要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，連入電路的阻值變大，導(dǎo)線不能交叉；

（2）連接電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表均無示數(shù)，燈泡不亮，移動(dòng)滑片時(shí)電壓表和電流表仍然沒有示數(shù)，燈泡不亮．電路的故障可能是D；
A．燈泡短路    B．滑動(dòng)變阻器短路  C．燈泡斷路    D．滑動(dòng)變阻器斷路
（3）電路故障排除后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片到某一位置時(shí)，電壓表示數(shù)如圖2甲所示，現(xiàn)要測(cè)定小燈泡的額定功率，應(yīng)將滑片適當(dāng)?shù)叵蛴?nbsp;（選填“左”或“右”）移動(dòng)，使電壓表的示數(shù)為2.5V，此時(shí)電流示數(shù)如圖2乙所示，那么燈泡的額定功率是0.75W；
（4）小明能用小燈泡來研究電流與電壓的關(guān)系嗎？不能；理由是因?yàn)闊艚z的電阻隨溫度的升高而增大，而電流與電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要控制電阻值大小不變；
（5）為了研究電流和電阻的關(guān)系，小明找到幾個(gè)定值電阻，阻值分別是5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，他用5Ω的電阻替換電路中的小燈泡，移動(dòng)滑片使電壓表示數(shù)為2.5V，記錄電流表示數(shù)，又換上10Ω的電阻，移動(dòng)滑片，最終電流表的示數(shù)為0.25A；
（6）當(dāng)小明用20Ω的電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)始終不能調(diào)到2.5V，聰明的小明想到了解決辦法，他將其中一個(gè)定值電阻串聯(lián)接入電路后，既可以用20Ω的電阻完成實(shí)驗(yàn)，又可以用30Ω的電阻完成實(shí)驗(yàn)，他選擇的定值電阻至少是10Ω．

Answer 1

分析 （1）由圖1知，電流表指針沒有指在電流表的零刻度線上，使用前應(yīng)對(duì)電流表調(diào)零；
根據(jù)題意確定滑動(dòng)變阻器的接法，然后連接實(shí)物電路圖．
（2）燈泡不亮，則可能是電路斷路或燈泡的實(shí)際功率太小或燈泡短路；電壓表讀數(shù)為零，說明燈泡短路；
（3）由燈泡燈泡的額定電壓可知電壓表的量程并讀出其大小，為使電壓增加為2.5V，電阻的分壓特點(diǎn)可知滑動(dòng)變阻器接入電路電阻的變化，進(jìn)一步確定滑片的移動(dòng)方向．
根據(jù)電流表的量程和分度值讀出燈泡的額定電流，利用P=UI求出額定功率．
（4）在研究電流與電壓的關(guān)系時(shí)，要控制電阻的阻值不變，改變電阻兩端的電壓，分析電流和電壓的關(guān)系；而燈絲的電阻隨著溫度變化；
（5）根據(jù)I=$\frac{U}{R}$得出電流表的示數(shù)；
（6）由于滑動(dòng)變阻器的阻值太小，電壓表的示數(shù)始終達(dá)不到2.5V，故應(yīng)串聯(lián)一個(gè)電阻．

解答 解：（1）由圖1可知，在實(shí)驗(yàn)前電流表指針沒有指在零刻度線上，應(yīng)對(duì)電流表進(jìn)行調(diào)零，使電流表指針指在零刻度線上；
滑動(dòng)變阻器應(yīng)與燈泡串聯(lián)，題中要求滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，連入電路的阻值變大，則滑動(dòng)變阻器應(yīng)接左下接線柱，實(shí)物電路圖如圖所示：

（2）A、若小燈泡短路，電路為通路，則電流表有示數(shù)，又因電壓表并聯(lián)在燈泡兩端則電壓表示數(shù)為零，不符合題意，故A錯(cuò)誤；
B、若滑動(dòng)變阻器短路，電路為通路，燈泡發(fā)光、電流表和電壓表都有示數(shù)，不符合題意，故B錯(cuò)誤；
C、若燈泡斷路，燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)，電壓表測(cè)電源電壓（有示數(shù)），不符合題意，故C錯(cuò)誤；
D、若變阻器斷路，整個(gè)電路斷路，燈泡不發(fā)光，電流表和電壓表都無示數(shù)，符合題意，故D正確．
故選D．
（3）由圖可知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，燈泡兩端的電壓為2.8V，
為測(cè)額定功率，燈兩端電壓應(yīng)為2.5V，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)可知，滑動(dòng)變阻器分得的電壓較小，應(yīng)增大滑動(dòng)變阻器兩端電壓，增大變阻器接入電路的阻值，所以應(yīng)向右移動(dòng)滑片，直到電壓表示數(shù)為2.5V為止．
當(dāng)燈泡兩端的電壓為2.5V時(shí)，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，由圖可知，通過燈泡的電流為0.3A，則燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W．
（4）要研究電流和電阻的關(guān)系，要控制電阻的大小不變，因?yàn)闊艚z的電阻隨溫度的升高而增大，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能用來研究電流與電壓的關(guān)系．
（5）探究電流與電阻的關(guān)系，需保證電阻兩端的電壓一定，
當(dāng)電壓U=2.5V，R=10Ω時(shí)，電路中的電流：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
（6）當(dāng)換上20Ω的電阻后，電路中的電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{4V}{20Ω+10Ω}$=$\frac{4}{30}$A，電阻的電壓U_R=IR=$\frac{4}{30}$A×20Ω=2.6V，所以無論怎樣調(diào)節(jié)滑片，電壓表示數(shù)都不能到2.5V，則應(yīng)該跟電路串聯(lián)一個(gè)電阻R₂，串聯(lián)上電阻后即可以完成20Ω的電阻，也可以完成30Ω的電阻；
當(dāng)接入30Ω的電阻時(shí)，電流I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{30Ω}$=$\frac{1}{12}$A，R_滑+R_串=$\frac{U-{U}_{R}}{I}$=$\frac{4V-2.5V}{\frac{1}{12}A}$=18Ω，
所以R_串最小=18Ω-R_滑=18Ω-10Ω=8Ω；因?yàn)槎ㄖ惦娮韪鳛?Ω、10Ω、15Ω、20Ω、30Ω，故應(yīng)選擇10Ω的定值電阻．
故答案為：（1）對(duì)電流表進(jìn)行調(diào)零，使指針指在零刻度線上；見上圖；（2）D；（3）右；0.75；
（4）不能；因?yàn)闊艚z的電阻隨溫度的升高而增大，而電流與電壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，要控制電阻值大小不變；
（5）0.25；（6）10Ω．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電流表量程的選擇和連接以及讀數(shù)、電壓表的讀數(shù)、滑動(dòng)變阻器的連接和使用、電路故障的判斷等，這些知識(shí)點(diǎn)是伏安法測(cè)功率中最常見的內(nèi)容，也是�？嫉膬�(nèi)容．