Question

為了測(cè)定額定電壓為2.5V的小燈泡的電功率，現(xiàn)提供如下器材：電壓表（量程有“0～3V”和“0～15V），電流表（量程有“0～0.6A”和“0～3A”）．滑動(dòng)變阻器（規(guī)格分別為“10Ω1A”、“20Ω2A”“50Ω1.5A”），開關(guān)，學(xué)生電源和若干條導(dǎo)線．
小芳同學(xué)連接完電路后閉合開關(guān)，把滑動(dòng)變阻器的滑片從一端移動(dòng)到另一端的過程中，測(cè)得了幾組數(shù)據(jù)，并描繪出如下圖象．若燈泡電阻和電源電壓在實(shí)驗(yàn)過程中不變，請(qǐng)解答下列問題：
（1）下圖為小芳實(shí)驗(yàn)連接的部分電路，請(qǐng)分析實(shí)驗(yàn)得到的圖象，完成電路的連接．
（2）該燈泡的額定功率應(yīng)當(dāng)是______W，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，小明所用的電源電壓是______V，所選的滑動(dòng)變阻器的規(guī)格應(yīng)當(dāng)是______；
（3）快要結(jié)束實(shí)驗(yàn)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)電流表和電壓表的示數(shù)同時(shí)增大，可能原因是______．

Answer 1

解：（1）由圖象知：電流表示數(shù)隨電壓表示數(shù)的減小而增大，說明電路電阻減小時(shí)，電壓表并聯(lián)部分電阻是減小的，即電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，并且選擇0～15V量程．電路連接如下；
（2）①當(dāng)電壓表的示數(shù)為U₁=3.5V時(shí)，電路中的電流I₁=0.1A，則電源的電壓U=U₁+I₁R_L=3.5V+0.1A×R_L，①
當(dāng)電壓表的示數(shù)為0時(shí)，電路中的電流I₂=0.8A，則電源的電壓U=I_最大R_L=0.8A×R_L，②
解由①②聯(lián)立的方程得：R_L=10Ω，
將燈泡電阻代入①得，電源電壓為U=5V，
②燈泡正常工作時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U_滑=U-U_L額=5V-2.5V=2.5V，
有表格可知，燈泡的額定電流I_L額=0.4A，
燈泡的額定功率P_L額=U_L額I_L額=2.5V×0.4A=1W．
③由表格數(shù)據(jù)可知，當(dāng)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為U₁=3.5V時(shí)，電路中的電流I₁=0.1A，
滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值R_滑===35Ω＞20Ω，
故滑動(dòng)變阻器的規(guī)格為50Ω 1.5A．
（3）因?yàn)殡娏鞅硎緮?shù)增大是電路電阻減小，電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，示數(shù)增大，不可能是滑動(dòng)變阻器接入電路電阻增大，所以故障只能是燈泡短路．
故答案為：
（1）電路連接如下：
；
（2）1；5；50Ω 1.5A；
（3）燈泡短路．
分析：（1）測(cè)量小燈泡功率的實(shí)驗(yàn)原理是P=UI，需要電壓表測(cè)量燈泡兩端電壓，電流表測(cè)量通過燈泡的電流；
（2）①任取圖象中兩組電壓表和電流表的示數(shù)，根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)分別表示出電源的電壓，列出方程即可求出燈泡電阻和電源的電壓．
②根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出燈泡正常工作時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，由圖象得出此時(shí)電路中的電流即為燈泡的額定電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率．
③有圖象中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電壓表的最大示數(shù)即滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為3.5V時(shí)，通過的電流為0.1A，根據(jù)歐姆定律求出此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻，即可判斷其規(guī)格．
（3）電流表示數(shù)增大，說明電路電阻減��；電壓表示數(shù)增大，說明與之串聯(lián)的用電器短路或并聯(lián)的用電器電阻增大．
點(diǎn)評(píng)：本題學(xué)生一般容易出錯(cuò)，電源的電壓和滑動(dòng)變阻器規(guī)格的確定都是難點(diǎn)，在類似的實(shí)驗(yàn)題目中，不直接告訴我們選擇的量程，要根據(jù)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，考查了學(xué)生知識(shí)的綜合運(yùn)用和分析的能力．