Question

為了測定額定電壓為2.5V的小燈泡的電功率，現提供如下器材：電壓表（量程有“0～3V”和“0～15V），電流表（量程有“0～0.6A”和“0～3A”）．滑動變阻器（規格分別為“10Ω1A”、“20Ω2A”“50Ω1.5A”），開關，學生電源和若干條導線．
小芳同學連接完電路后閉合開關，把滑動變阻器的滑片從一端移動到另一端的過程中，測得了幾組數據，并描繪出如下圖象．若燈泡電阻和電源電壓在實驗過程中不變，請解答下列問題：
（1）下圖為小芳實驗連接的部分電路，請分析實驗得到的圖象，完成電路的連接．
（2）該燈泡的額定功率應當是

1

W，從實驗數據來看，小明所用的電源電壓是

5

V，所選的滑動變阻器的規格應當是

50Ω 1.5A

；
（3）快要結束實驗時，他發現電流表和電壓表的示數同時增大，可能原因是

燈泡短路

．

Answer 1

分析：（1）測量小燈泡功率的實驗原理是P=UI，需要電壓表測量燈泡兩端電壓，電流表測量通過燈泡的電流；
（2）①任取圖象中兩組電壓表和電流表的示數，根據歐姆定律和串聯電路的電壓特點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根據串聯電路的電壓特點求出燈泡正常工作時滑動變阻器兩端的電壓，由圖象得出此時電路中的電流即為燈泡的額定電流，根據P=UI求出燈泡的額定功率．
③有圖象中數據可知，當電壓表的最大示數即滑動變阻器兩端的電壓為3.5V時，通過的電流為0.1A，根據歐姆定律求出此時滑動變阻器接入電路的電阻，即可判斷其規格．
（3）電流表示數增大，說明電路電阻減小；電壓表示數增大，說明與之串聯的用電器短路或并聯的用電器電阻增大．

解答：解：（1）由圖象知：電流表示數隨電壓表示數的減小而增大，說明電路電阻減小時，電壓表并聯部分電阻是減小的，即電壓表與滑動變阻器并聯，并且選擇0～15V量程．電路連接如下；
（2）①當電壓表的示數為U₁=3.5V時，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
當電壓表的示數為0時，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，滑動變阻器兩端的電壓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由表格數據可知，當滑動變阻器兩端的電壓為U₁=3.5V時，電路中的電流I₁=0.1A，
滑動變阻器接入電路的阻值R_滑=

U最大

I最小

=

3.5V

0.1A

=35Ω＞20Ω，
故滑動變阻器的規格為50Ω 1.5A．
（3）因為電流表示數增大是電路電阻減小，電壓表與滑動變阻器并聯，示數增大，不可能是滑動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．

點評：本題學生一般容易出錯，電源的電壓和滑動變阻器規格的確定都是難點，在類似的實驗題目中，不直接告訴我們選擇的量程，要根據相關的參數進行計算分析，考查了學生知識的綜合運用和分析的能力．