Question

小明同學做測定“伏安法測量小燈泡電阻”實驗時，所用器材有電壓為6V的電源，額定電壓為2.5V的小燈泡，以及符合實驗要求的電表、開關和導線，滑動變阻器規格（40Ω　1A）．

1）用筆畫線代替導線將圖1甲電壓表正確連入電路；
2）在連接電路時，開關應斷開；滑片P應移到最________（填“左”或“右”）端再閉合開關；實驗中，當滑片P移到某一位置時，電流表A和電壓表V示數如圖2所示，則此時小燈泡的阻值為_________Ω．
3）小明在實驗時，小燈泡突然熄滅，檢查發現電流的示數為零，電壓表的示數接近電源電壓，請你幫小明分析電路的故障可能是：________；（寫出一種即可）．
4）若小唐同學用已聯好的電路測小燈泡的額定電功率，請你幫他把主要的實驗步驟補充完整：
①小唐排除故障后閉合開關，移動滑片P到某處，電壓表的示數為2.2V，要測量小燈泡的額定功率，應將滑片P向________端滑動（選填“左”或“右”）
②小唐通過移動滑片P，分別記下了多組對應的電壓表和電流表的讀，并繪制成了如圖1圖象．乙所示的U-1圖象，根據圖象提供的信息，可計算出小燈泡的額定功率________W．
③根據圖象，發現該小燈泡的電流與電壓________正比（　 選填“成”或“不成”），原因可能是________
④在分析誤差的過程中，同組的小嚴認為此種方法測量的電功率也存在一定的誤差，因為電壓表的內阻并不是無窮大，使所測的________不準確（選填“電流”或“電壓”），從而使測量的燈泡額定功率________（選填“偏大”或“偏小”）．
⑤小唐同學還想繼續探究電流和電阻的關系，他將燈泡換成多個定值電阻R，保持電壓表示數始終為2V，不斷更換定值電阻R的阻值，記錄各次電流表的示數．當更換電阻R=25Ω時，若不更換其他器材，此電路________（選填“能”或“不能”）完成實驗．

Answer 1

左    9    小燈泡開路    右    0.5    不成    燈絲的電阻隨溫度的升高而增大    電流    偏大    不能
分析：（1）根據燈泡的額定電壓確定電壓表的量程并與燈泡并聯．
（2）為了保護電路，連接電路時，開關應斷開，滑動變阻器的阻值應為最大值；根據圖2讀出電表的示數，利用歐姆定律求小燈泡的阻值．
（3）小燈泡突然熄滅，可能是燈泡斷路或燈泡以外的地方斷路或燈泡短路，電流表無示數說明電路斷路，電壓表有示數說明電壓表并聯的部分斷路．
（4）①此時小燈泡兩端的電壓小于額定電壓，為使電壓增加為2.5V，就要使滑動變阻器分壓減小，連入電阻減小，選擇滑片的移動方向．
②由表格數據確定電流表的量程，并讀出電流表的示數，利用P=UI求出燈泡的額定功率．
③根據P=UI可知燈泡的功率變化和溫度的變化，再根據歐姆定律求出表格中數據對應的電阻，從而得出電阻的變化規律，從而得出燈泡電阻與溫度的關系．
④由電路圖可知電流表測量的是通過燈泡和電壓表的電流之和，因為電壓表的內阻并不是無窮大，所以所測的電流不準確，根據P=UI可判斷燈泡額定功率的變化．
⑤當更換電阻R=25Ω時，根據串聯電路的電壓特點可知：串聯的各電阻兩端的電壓與電阻成正比，由此可判斷能不能完成實驗．
解答：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V且與燈泡并聯，連接如下圖所示：

（2）在連接電路時，開關應斷開，電阻最大處，即滑片P應移至左端；
如圖2所示，因電壓表量程是3VA，則示數為1.8V，電流表量程是0.6A，則示數為0.2A；
所以此時小燈泡的阻值R===9Ω；
（3）燈泡不亮、電流表無示數說明電路斷路，電壓表有示數說明小燈泡開路．
（4）①為測額定功率，燈兩端電壓應為2.5V，就要使滑動變阻器分壓減小，接入電路的電阻減小，應向右移動滑片．
②由表格中數據可知，通過燈泡的電流隨兩端的電壓增大而增大，且最大電流小于0.6A，所以電流表的量程為0～0.6A，故由表格中數據可知，燈泡正常工作時通過的電流為0.2A，
燈泡的額定功率P=UI=2.5V×0.2A=0.5W．
③燈泡電功率逐漸變大，溫度升高，根據表格中數據，由歐姆定律可知對應的電阻依次為：4Ω、4.1Ω、4.3Ω、4.5Ω、4.7Ω、4.8Ω、5.2Ω，
所以小燈泡的電流與電壓不成正比，原因可能是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
④由電路圖可知：電壓表與燈泡并聯，根據并聯電路的電壓特點可知：燈泡兩端的電壓與電壓表兩端的電壓相等；由電壓表的示數得出燈泡兩端的電壓是準確的；電流表串聯在燈泡與電壓表并聯后的干路上，測量的是通過燈泡和電壓表的電流之和，因為電壓表的內阻并不是無窮大，所以所測的電流不準確，比燈泡的實際電流值要大，根據P=UI可知燈泡額定功率偏大．
⑤當更換電阻R=25Ω時，若不更換其他器材，則滑動變阻器全部連入電路，根據串聯電路的電壓特點可知：定值電阻R兩端的電壓為：U_R==≈2.3V，則為保持電壓表示數始終為2V，應增大滑動變阻器的阻值，而實際滑動變阻器已經達到最大，無法再增加；所以不能完成實驗．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）斷開；B；（3）燈泡斷路；（4）①右；②0.5；③不成；燈絲的電阻隨溫度的升高而變大；④電流；偏大；⑤不能．
點評：本題考查了電壓表量程的選擇和正確的使用、滑動變阻器的正確使用、歐姆定律的應用、電流表的讀數、分析總結實驗規律等知識點，考查的知識點較多，要求學生有較強的能力，試題難度較大．