Question

圖甲是測量標有“2.5V”字樣的小燈泡電功率的電路圖

（1）連接電路時，開關應處于

 

狀態，滑動變阻器的滑片應移到最

 

（左/右）端；
（2）在實驗中，靜菲同學正確連接電路并規范操作實驗，閉合開關后，發現燈泡不亮，為了找出燈泡不亮的具體原因，接下來最應該進行的具體操作是

 

；
（3）在排除問題后，當電壓表示數為2.5V時，電流表的示數如圖乙所示，是

 

A，由此可得，該小燈泡的額定電功率為

 

W；
（4）實驗中志乾同學的電流表損壞了，老師告訴他已經沒有電流表可換，而給了他一個已知阻值為R的定值電阻和若干個開關，志乾重新設計了如圖丙所示的電路，測量小燈泡的額定功率．請你幫他補全實驗步驟和表達式：①按照電路圖正確連接電路；②斷開開關S₂，閉合開關S、S₁，調節滑動變阻器，使得

 

；③保持滑片位置不動，斷開開關S₁，閉合開關S、S₂，記下電壓表的時數為U₂；則測得小燈泡額定功率的表達式為P=

 

（電源電壓未知）；
（5）志乾經過進一步的實驗發現，小燈泡燈絲電阻隨溫度的升高而增大，他還想比較以下兩種情況下燈泡實際電功率的大小關系：①燈泡實際電壓為額定電壓一半時的實際電功率P₁；②燈泡實際電流為額定電流的一半時的實際電功率P₂；利用所學物理知識請你幫他比較出P₁與P₂之間正確關系應該為：P₁

 

P₂（大于/小于/等于）．
（6）若用阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω定值電阻分別代替圖甲中的小燈泡，還可以完成“探究電流與電阻關系”實驗，實驗過程中始終保持電壓表示數為3V，為能完成探究，則滑動變阻器最大阻值至少為

 

Ω（設此時電源電壓為6V且恒定不變）．

Answer 1

分析：（1）為防止電流過大，連接電路時開關應斷開，滑動變阻器的滑片應移到最大阻值處；
（2）閉合開關后，發現小燈泡不亮，電路故障可能是斷路、燈泡短路或電路中電流太小；因此不用更換燈泡，根據可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，分析電阻過大的原因，然后進行下一步操作；
（3）確定電流表的量程和分度值，讀出電流表的示數，根據P=UI計算出小燈泡的額定功率；
（4）要測量小燈泡的功率，需測量出小燈泡的電壓和電流，由圖知，根據燈泡兩端的電壓和電阻能計算出電路中的電流，通過開關的變化測出燈泡兩端的電壓，得出小燈泡的電功率的表達式；
（5）如果燈泡電阻不隨溫度變化，則燈泡電壓為其額定電壓一半時的電流等于額定電流的一半，其實際功率等于額定功率的四分之一；實際上燈泡電阻隨溫度升高而增大，所以燈泡實際電壓為額定電壓一半時的電流大于額定電流的一半，此時燈泡實際功率大于額定功率的四分之一；如果燈泡電阻不隨溫度變化而變化，電流等于額定電流一半時，燈泡實際功率等于額定功率的四分之一，實際上燈泡溫度越低，燈泡電阻越小，通過燈泡電流為其額定電流一半時，燈泡電阻小于燈泡正常發光時的電阻，則燈泡實際功率小于額定功率的四分之一；
（6）先根據電壓表的示數和電阻求出電路中最小電流，然后利用串聯電路電壓的特點和歐姆定律的變形公式求出滑動變阻器最大阻值至少為多少．

解答：解：（1）連接電路時，開關應斷開；
由圖甲知，滑動變阻器的下面接了右邊一個接線柱，所以應將滑片移至最左端；
（2）閉合開關后，燈泡不亮，可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，下一步操作：移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發光；
（3）由乙圖知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以示數為0.3A；
小燈泡的額定電功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）連好電路后，斷開開關S₂，閉合開關S、S₁，調節滑動變阻器，使得電壓表示數為燈泡的額定電壓；
保持滑片位置不動，斷開開關S₁，閉合開關S、S₂，記下電壓表的時數為U₂；則定值電阻兩端的電壓U=U₂-2.5V；
電路中的電流：I=

U2-2.5V

R

，故小燈泡額定功率的表達式：P=

2.5V×(U2-2.5V)

R

；
（5）∵P=

U2

R

∴燈泡實際電壓為其額定電壓一半時，它的實際功率P₁＞

1

4

P_額；
∵P=I²R
∴實際電流等于額定電流一半時，實際功率P₂＜

1

4

P_額，
故P₁＞P₂；
（6）電路中的最小電流：I=

U

R

=

3V

30Ω

=0.1A，
∵串聯電路兩端電壓等于各部分電壓之和
∴滑動變阻器兩端電壓為U′=6V-3V=3V
∵I=

U

R

∴滑動變阻器最大阻值至少為：R=

U′

I

=

3V

0.1A

=30Ω．
故答案為：（1）斷開；左；（2）移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發光；（3）0.3；0.75；（4）電壓表示數為燈泡的額定電壓；

2.5V×(U2-2.5V)

R

；（5）大于；（6）30．

點評：本此題是測量小燈泡的額定功率實驗，考查了連接電路過程中需注意的問題，電流表的讀數及功率的計算，同時考查了在沒有電流表時測量電功率的方法以及比較燈泡實際功率大小，有一定的難度．