Question

5．小明利用如圖甲的電路測定小燈泡的功率．被測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω左右，實驗室有如下器材：電源（電壓為3V）、電流表、電壓表、開關各一個、導線若干、滑動變阻器3只：R₁（10Ω  1A）、R₂（50Ω  0.5A）、R₃（100Ω 0.3A）．
（1）請用筆畫線代替導線將圖甲的實物圖補充完整（要求：滑動變阻器的滑片向左移動時小燈泡變亮）．
（2）正確連接電路，閉合開關后，發(fā)現(xiàn)無論怎樣移動滑動變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數為0，電流表示數在一定范圍內變化，則電路中的故障可能是燈泡短路；
（3）排出電路故障后，閉合開關，移動滑動變阻器滑片，某次測量時，電壓表示數為2.2V，為了測量小燈泡的額定功率，則滑片應向左移（選填“左”“右”），繼續(xù)移動滑片多次測量，小明畫出了小燈泡電流隨其兩端電壓變化的關系圖象（如圖乙），則小燈泡的額定功率為0.75W．
（4）在多次測量中，小明還發(fā)現(xiàn)：當電壓表的示數增大時，電壓表與電流表的示數之比變大（選填“變大”“變小”或“不變”）．
（5）燈泡的功率測量完畢，小明用5Ω、10Ω、20Ω、40Ω的定值電阻更換電路中的燈泡，探究電流跟電阻的關系，保持定值電阻兩端的電壓2V不變，為完成上述四組實驗，則小明選用的滑動變阻器是R₂（選填“R₁”“R₂”或“R₃”）．若某次實驗中滑動變阻器連入電路的阻值為5Ω，則所選定值電阻的阻值為10Ω．

Answer 1

分析 （1）當滑動變阻器的滑動觸頭向左滑動時，小燈泡的亮度增加，說明滑動變阻器和燈泡串聯(lián)，且滑動變阻器電阻減小，電路電流變大．
（2）燈泡都不亮，可能電路出現(xiàn)的短路或斷路，電流表示數在一定范圍內變化，說明電路中通路，再根據電壓表示數情況判斷故障原因．
（3）電壓表示數小于燈泡額定電壓，為使燈泡正常發(fā)光，應調節(jié)滑動變阻器，增大燈泡電壓，根據電路圖確定滑片的移動方向；根據圖象讀出當燈泡兩端電壓為2.5V時通過燈泡的電流，然后利用P=UI求出燈泡的額定功率．
（4）由圖象分析電壓表的示數增大時，電壓表與電流表的示數之比的變化情況．
（5）在探究電流與電阻的關系時，要改變接入電路的電阻阻值大小，但不同阻值的電阻兩端電壓不變；根據串聯(lián)電路規(guī)律可明確對應的滑動變阻器．

解答 解：
（1）本實驗中，滑動變阻器應與燈泡串聯(lián)，由題要求向左移動滑片燈變亮，所以滑動變阻器的阻值應變小，即滑片的左下方接線柱應接入電路，如圖所示：
；
（2）閉合開關，燈泡都不亮，可能電路出現(xiàn)的短路或斷路，電流表示數在一定范圍內變化，說明電路中通路，但電壓表示數為零，故障原因可能是燈泡短路造成的；
（3）電壓表示數2.2V小于燈泡額定電壓，所以需減小滑動變阻器兩端電壓，即減小滑動變阻器接入電路的阻值，故將滑片向左移動；
根據圖乙可知，當燈泡兩端電壓為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；
（4）由圖象知，電壓表的示數增大時，電壓表示數變化大于電流表的示數變化情況，所以電壓表與電流表的示數之比變大；
（5）探究電流跟電阻的關系，保持定值電阻兩端的電壓2V不變，
由串聯(lián)電路特點和歐姆定律知：$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}$=$\frac{{R}_{1}}{{R}_{2}}$，
當選擇40Ω的定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)時，變阻器連入阻值最大，
則有：$\frac{2V}{40Ω}$=$\frac{3V-1V}{{R}_{滑}}$，所以滑動變阻器接入電路的電阻為20Ω，
所以滑動變阻器選擇“50Ω  0.5A”，即選擇滑動變阻器R₂．
若實驗中滑動變阻器連入電路的阻值為5Ω，則有：$\frac{2V}{R}$=$\frac{3V-1V}{5Ω}$，解得所選定值電阻的阻值為10Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡短路；（3）左；0.75；（4）變大；（5）R₂；10．

點評 本題是測燈泡額定功率的實驗，考查了實物連接、故障判斷、功率的計算以及圖象的認識和理解，還考查了滑動變阻器規(guī)格的選擇，設計知識點多，綜合性較強，要掌握好此類問題．