Question

为了探究小灯泡亮度与实际功率的关系，学校物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验电路，小灯泡标有“2.5V”字样，电阻约为10Ω，电源电压6V保持不变，可供选用的滑动变阻器有“10Ω  1A”的R₁ 和“20Ω  1A”的R₂，

(1)为了完成实验，你认为应该选用的滑动变阻器是_____；（选填“R₁”或“R₂”）

(2)请用笔划线代替导线将实验电路补充完整（要求：滑动变阻器滑片向左移动时，灯泡变亮）；（__________________）

(3)电路正确连接后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表指针明显偏转， 你认为造成这一现象的原因可能是_____（选填数字编号）；

①电流表断路        ②小灯泡短路    ③小灯泡灯丝断了    ④滑动变阻器短路

(4)排除故障后，当滑动变阻器的滑片移到某一位置时，某同学从电压表“0~15V”量程的刻度线看出指针停在1V处，若要测量小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片向_____移（选填“左”或“右”）直到小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示为_____A，则小灯泡的额定功率是_____W；

(5)根据收集到的实验数据，同学们得出了灯泡亮度与实际功率的关系。在分析论证过程中，小明发现小灯泡在不同亮度下，它两端的电压与电流的比值不一样，他根据多组实验数据描绘出的I-U图象如图丙所示，主要原因是：灯丝电阻随温度而变化，若小灯泡的额定功率P₀，与某次工作时的实际功率P₁满足P₀=4P₁，则以下关于额定电压U₀与实际电压U₁的数值关系，你认为最有可能的是_____。

A．U₀=1.5U₁ B．U₀=2U₁    C．U₀=3U₁    D．U₀=4U₁

Answer

R2 ③ 左 0.26 0.65 C

【解析】

(1)[1]由于电源电压为6V，当灯泡正常发光时电压为2.5V，灯泡和滑动变阻器是串联，滑动变阻器两端电压为

根据串联分压与电阻成正比，当灯泡正常发光时，滑动变阻器电阻大约需要为

故为了完成实验，应该选用的滑动变阻器是R2。

(2)[2]滑动变阻器滑片向左移动时，灯泡变亮，滑动变阻器阻值变小，根据滑动变阻器接线柱要“一上一下”连接，故下面的接线柱应该连接左边的接线柱，滑动变阻器只有与灯泡串联才能改变灯泡的电压，改变灯泡的亮度，故灯泡左下接线柱应该与灯泡右边的接线柱相连接，如图所示。

(3)[3]①电流表断路，整个电路断路，电压表指针不会有偏转，故①不符合题意；

②小灯泡短路，电路中电阻变小，电流表示数会变大，故②不符合题意；

③小灯泡灯丝断了，电压表测量的是电源电压，故电压表指针明显偏转，由于灯泡灯丝断了，灯泡不亮，电压表电阻非常大，故整个电路电阻非常大，相当于断路，故电路中电流几乎为0，电流表无示数，故③符合题意；

④滑动变阻器短路，电路中电阻变小，电路中电流会变大，电流表示数会变大，灯泡会变亮，故④不符合题意。

故选填③。

(4)[4]当滑动变阻器的滑片移到某一位置时，某同学从电压表“0~15V”量程的刻度线看出指针停在1V处，若要测量小灯泡的额定功率，需要使灯泡两端电压增大到2.5 V，根据串联分压与电阻成正比，应将滑动变阻器电阻变小，故将滑动变阻器的滑片向左移，直到小灯泡两端电压达到2.5 V，小灯泡正常发光。

[5]由图可知，电流表连接的是0~0.6A的量程，分度值为0.02A，电流表的示数为0.26A。

[6]小灯泡的额定功率为

(5)[7]小灯泡的额定功率P0与某次工作时的实际功率P1的比值为

由于P0=4P1，额定电压U0为

由通过灯泡电流和灯泡两端电压的图像可知，通过灯泡电流和灯泡两端电压的关系图像为一曲线，说明灯泡的电阻是变化的，且灯泡电阻随电压升高而增大，故R0大于R1，故

小灯泡的额定功率P0与某次工作时的实际功率P1的比值为

由于P0=4P1，若U0=4U1，则I0=I1，由图像可知不同电压下的电流是不同的，故U0=4U1是不可能的，故额定电压U0与实际电压U1的数值关系最有可能的是U0=3U1，故选填C。