Question

4．學校實驗室新進了一批“2.5V  0.75W”的小燈泡，小強想通過實驗探究小燈泡的額定功率是否符合規(guī)格．實驗老師提供了以下器材：待測小燈泡、滑動變阻器R₁“10Ω  1.5A”、R₂“50Ω  1A”、R₃“100Ω  0.5A”各一個、電流表、電壓表、蓄電池（電壓為6V）、開關(guān)、導線若干．

（1）如圖所示，請根據(jù)圖甲所示的電路圖，用筆畫線代替導線把圖乙所示的實物電路補充完整．
（2）連接實物電路圖時，開關(guān)S應該斷開．
（3）正確連接電路后，閉合開關(guān)S，移動滑動變阻器的滑片，小強發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)為0，經(jīng)檢查電表完好，則故障可能是小燈泡斷路．
（4）小強更換器材后完成實驗，測出多組實驗數(shù)據(jù)，作出“I-U”關(guān)系圖象如圖丙所示，由圖可得小燈泡實測的額定功率為0.75W，該小燈泡符合（選填“符合”或“不符合”）制造規(guī)格．
（5）由“I-U”圖象可知，當小燈泡兩端的電壓為0.5V時，它的電阻是5Ω；進一步分析圖象可得小燈泡的電阻隨著它兩端電壓的升高而增大（選填“增大”、“減少”或“不變”），本實驗中小強選擇的滑動變阻器是R₃（選填“R₁”、“R₂”或“R₃”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電路圖連接實物圖，把電流表與滑動變阻器串聯(lián)，滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，小燈泡右接線柱與電壓表的負接線柱相連；
（2）為了保護電路元件，在連接電路時，開關(guān)要斷開；
（3）開關(guān)閉合時，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，說明電壓表兩接線柱之間與電源是通路，而電流表無示數(shù)說明電路某處出現(xiàn)斷路，燈泡不亮，說明故障出現(xiàn)在燈泡處，由此判斷電路的故障；
（4）先根據(jù)圖丙讀出燈泡兩端電壓等于額定電壓對應的電流，然后利用P=UI求出小燈泡的額定功率；據(jù)此判斷燈泡是否合乎規(guī)格；
（5）根據(jù)圖丙讀出燈泡兩端電壓為0.5V時對應的電流，利用R=$\frac{U}{I}$ 求出燈泡的電阻；燈絲的電阻隨溫度升高而增大；根據(jù)圖丙可知，當電路中的電流最小時，可求出此時滑動變阻器可能接入的最大值，從而判斷所選用的滑動變阻器的規(guī)格．

解答 解：
（1）把電流表的負接線柱與滑動變阻器的D接線柱相連，燈泡的右接線柱與電壓表負接線柱相連，如下圖所示：

（2）在連接電路時，開關(guān)應該處于斷開狀態(tài)；
（3）開關(guān)閉合時，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)，說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，而電流表無示數(shù)說明電路某處出現(xiàn)斷路，燈泡不亮，說明故障出現(xiàn)在燈泡處，由此判斷電路的故障為小燈泡斷路；
（4）根據(jù)圖丙可知，燈泡兩端電壓為2.5V時，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，由此判斷該小燈泡符合制造規(guī)格；
（5）根據(jù)圖丙可知，燈泡兩端電壓為0.5V時，通過燈泡的電流為0.1A，
根據(jù)I=$\frac{U}{R}$可知，燈絲的電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.5V}{0.1A}$=5Ω；
因為燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，所以當小燈泡電壓增大時，燈絲溫度升高，燈絲電阻將增大．
根據(jù)圖丙可知，當通過燈泡的最小電流為0.1A時，燈泡兩端電壓為0.5V，則滑動變阻器兩端的最大電壓為U_滑
=U_總-U_燈=6V-0.5V=5.5V，滑動變阻器連入電路中的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{5.5V}{0.1A}$=55Ω．而R₂＜55Ω＜R₃，因此本實驗中小強選擇的滑動變阻器是R₃．
故答案為：
（1）如上圖所示；（2）斷開；（3）小燈泡斷路；（4）0.75；符合；（5）5；增大；R₃．

點評 此題是“測量小燈泡功率”的實驗，考查了有關(guān)電路連接的注意事項、故障的判斷、歐姆定律和電功率計算公式的應用，同時考查了燈絲電阻與溫度的關(guān)系以及滑動變阻器規(guī)格的選擇的問題，考查得比較全面．