Question

小红小组要测定额定电压为2.5V的小灯泡的电阻．现有如下器材：电流表一只（量程0～0.6A和0～3A）；电压表一只（量程为0～3V和0～15V）；滑动变阻器两只（“5Ω 1A”、“20Ω 2A”）开关一个；干电池若干节；导线若干．
（1）根据你的估算和实验经验，滑动变阻器应选用______只，实验更便于完成．
（2）小红小组用2节干电池（已使用）正确连接电路后，无论怎样调节滑动变阻器，小灯泡两端的电压都达不到2.5V，她们应该______．
（3）小红小组实验记录和计算如下表：

电压U/V	1.5	2.0	2.5	3.0
电流I/A	0.24	0.28	0.32	0.34
功率P/W	0.36	0.56
灯泡发光情况	灯丝暗红	微弱发光	正常发光	发光很亮

①小灯泡的额定功率是______W；
②根据她们观察的现象和记录的实验数据，你可以得出的结论是（请说出两点）：
______，______；
③请在坐标图中画出小灯泡的电压和电流关系的图象；
④在正常发光下，小灯泡的电阻是______Ω；
⑤根据画出的图象，你得出的结论是：______．
（4）当小红小组将小灯泡两端的电压调到3V正在记录实验数据时，小灯泡突然熄灭，仔细观察小灯泡钨丝被烧断，这时她们进一步观察到的实验现象是：电流表的示数______；电压表的示数______．
（5）小红小组在评价交流时，发现有的组的同学将电压表连接成如图所示电路，则这种连接测量出的电阻值比实际电阻值偏______，其原因是______．

Answer

（1）灯泡的额定电压为2.5V，一般选择由2节干电池组成的3V电源，灯泡的电阻一般是10Ω左右，根据欧姆定律求出灯泡的电流，再求出与灯泡串联的滑动变阻器两端的电压，求出需要的滑动变阻器的最小电阻．滑动变阻器规格的选择：滑动变阻器允许通过的最大电流大于电路最大电流，滑动变阻器的最大电阻稍大于电路需要的电阻．
（2）已经使用的干电池向外供电的电压减小，2节使用过的干电池串联后向外供电，电压达不到3V，要使灯泡两端获得3V的电压，可以换2节新干电池．
（3）①在表格中找灯泡在2.5V时的电流，根据P=UI计算灯泡的额定功率．
②根据P=UI计算灯泡在3.0V电压时的实际功率．从表格中分析，I-U、P-U、灯泡亮度与功率的关系．
③在坐标中，描出电压和电流的对应点，描绘灯泡电阻的图象．
④根据R=计算灯泡在2.5V时的电阻．
⑤由图象分析，灯泡电压和电流在增大，电阻如何变化．
（4）灯泡熄灭，灯丝被烧断，电路断路，电流表示数为0，电压表串联在电路中，电压表测电源电压．
（5）如图，在考虑电流表和电压表的内阻时，电流表测灯泡的实际电流，电压表测电流表和灯泡的总电压，测量的电压值比灯泡的实际电压大，求得灯泡电阻偏大．
【解析】
（1）灯泡额定电压为2.5V，一般选择2节干电池串联，电源电压为3V，灯泡的电阻大约为10Ω，
所以与灯泡串联的滑动变阻器电压为：
U1=U-UL=3V-2.5V=0.5V．
灯泡电流：
I===0.25A，
所以滑动变阻器电阻：
R1===2Ω，
电路电流约为0.25A，电路需要滑动变阻器电阻为2Ω，
选择“5Ω  1A”的滑动变阻器，既能满足实验要求，又能准确测量电压和电流．
（2）已经使用的干电池，内阻增大，向外供电电压减小，两节干电池电压小于3V，要使灯泡获得2.5V电压，要增大电压，换新电池．
（3）①灯泡额定功率为：
PL=ULIL=2.5V×0.32A=0.8W（填入表格）．
②灯泡在3V电压时，实际功率为：
P′=U′I′=3.0V×0.34A=1.02W（填入表格）．

电压U/V 1.5 2.0 2.5 3.0
电流I/A 0.24 0.28 0.32 0.34
功率P/W 0.36 0.56 0.8 1.02
灯泡发光情况 灯丝暗红 微弱发光 正常发光 发光很亮

由表格数据及现象得：灯泡电压增大，电流增大；灯泡电压增大，实际功率增大；灯泡实际功率增大，亮度增加．
③在图象上描出（0.24，1.5）（0.28，2.0）（0.32，2.5）（0.34，3.0）各点，用光滑的曲线连接各点．如图．

④小灯泡正常发光时的电阻：
RL===7.8Ω．
⑤如图，灯泡电压增大，电流增大，电压增大值更大一些，的值更大，
所以，灯泡电压增大，电流增大，灯丝电阻也在增大．
（4）灯泡熄灭，灯丝烧断，电路断路，电流表串联在电路中无示数，所以电流表示数减小为0，
灯丝烧断后，电压表串联在电路中，电压表测电源电压，所以电压表的示数增大至等于电源电压．
（5）图中电流表测灯泡的实际电流，电压表测电流表和灯泡的总电压，测量值大于灯泡的实际电压，根据R=求得电阻偏大．
故答案为：（1）“5Ω 1A”；（2）换新电池；
（3）①0.8；②灯泡电压增大，实际功率增大；灯泡实际功率增大，灯泡亮度增加；（答案不唯一）③如上图；④7.8；⑤随电压和电流的增大，灯泡灯丝的电阻也在增大；
（4）减小至零；增大至等于电源电压；
（5）大；由于电流表的分压作用，使电压表测出的电压比灯泡两端的实际电压大，计算出的电阻也偏大．