Question

14．在“測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻”的實驗中，小剛同學用一個電壓表、一個電流表、一個開關、一個滑動變阻器、電壓為4.5V的電源和額定電壓為3.8V的小燈泡，設計了如圖甲所示的電路．

（1）請你用筆畫線代替導線，按照圖甲所示電路，幫小剛將圖乙中缺少的兩根導線補充連接完整．
（2）連接電路時開關應斷開，滑片P應位于最右端（選填“左”或者“右”）．
（3）連好電路閉合開關，發(fā)現小燈不亮，電壓表有示數、電流表無示數，則故障可能是小燈泡斷路．
（4）正確連接好電路后，閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，當小燈泡正常發(fā)光時，電流表指針如圖丙所示，此燈泡的額定功率為1.14W．
（5）小剛想在上述實驗的基礎上，進一步研究“一段電路中的電流跟電路兩端電壓的關系”，獲得多組燈泡兩端電壓和電流的數據之后，發(fā)現電流與電壓不成正比，請指出他的實驗方法的不合理之處無法控制小燈泡電阻不變．
（6）下列圖丁中有關此小燈泡功率P與U²或P與I²的圖象可能正確的是B

Answer 1

分析 （1）本實驗中滑動變阻器應一上一下串聯入電路中，電壓表與燈泡并聯，根據燈泡的額定電壓確定其量程；
（2）連接電路時開關應斷開，滑動變阻器的滑片應位于最大值處；
（3）電壓表有示數說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，燈泡不亮、電流表無示數說明電路斷路，由此分析故障原因；
（4）根據電流表的量程和分度值讀出通過未知電阻的電流，由P=UI計算額定功率；
（5）研究“一段電路中的電流跟電路兩端電壓的關系”時，應控制電阻的阻值不變，而燈泡的電阻會隨溫度的變化而變化；
（6）根據公式P=I²R分析P與I²的圖象，根據公式P=$\frac{{U}^{2}}{R}$分析P與U²的圖象．其中電阻R隨溫度的升高而增大．

解答 解：
（1）由圖甲知，滑動變阻器應一上一下串聯入電路中，且滑片右滑阻值變大，所以應將左下接線柱接入電路中；電壓表與燈泡并聯，因為燈泡額定電壓為3.8V，所以電壓表應使用0-15V量程，實物連接如圖所示：
；
（2）為了保護電路，連接電路時開關應斷開，由圖知，閉合開關時，應將滑動變阻器的滑片置于最大值右端；
（3）燈泡不亮，電流表無示數，說明電路中有斷路，電壓表有示數說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，說明電壓表并聯部分斷路，即小燈泡可能斷路了；
（4）由丙圖知，電流表使用的是0-0.6A量程，分度值0.02A，所以燈泡正常發(fā)光時的電流為0.3A，
所以燈泡的額定功率為：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（5）燈泡的電阻與溫度有關，研究“一段電路中的電流跟電路兩端電壓的關系”時，無法控制小燈泡電阻不變，故得不出電流與電壓成正比的結論；
（6）A、B、在P-U²圖象中，圖象上某點與原點連線的斜率為電阻倒數$\frac{1}{R}$，因隨溫度的升高R增大因而$\frac{1}{R}$應減小，故A錯誤，B正確；
C、D、由P=I²R=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，在P-I²圖象中圖象上某點與原點連線的斜率為電阻R，而電阻R又隨溫度的升高而增大，故CD錯誤．
故答案為：（1）見上圖；（2）斷開；右；（3）小燈泡斷路；（4）1.14W；（5）無法控制小燈泡電阻不變；（6）B．

點評 本題考查了實物圖的連接、電路故障的判斷、電流表的讀數以及電功率的簡單計算等．知道探究電流與電壓關系時應控制電阻的阻值不變和知道燈泡的電阻與溫度有關；注意學會從數學函數的角度分析物理圖象問題，并區(qū)分曲線上某點與原點連線的斜率和曲線的切線的斜率含義的不同．