17. (2025·孝感模拟)在“用伏安法测小灯泡电功率”的实验中,待测小灯泡额定电压为 2.5 V,电源电压恒为 3 V 不变。

(1)请根据题意将图甲中的实物图补充完整。
(2)闭合开关后发现小灯泡不亮,电流表几乎无示数,电压表有示数,电路中可能发生的故障是。(填字母)
A. 小灯泡断路
B. 小灯泡短路
(3)排除故障后,通过移动滑动变阻器的滑片,观察小灯泡的亮度,并根据记录的多组数据作出了如图丙所示的 I-U 图像。实验表明:小灯泡的亮度是由它的决定的。由图像可知小灯泡的额定功率为W,小灯泡变暗时,小灯泡灯丝的电阻(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)小明又想测某未知电阻器的电阻$R_{x}$(约 600Ω),利用图甲部分器材和$R_{1}=500\ \Omega$与$R_{2}=10\ \Omega$的定值电阻设计了如图乙所示的电路,定值电阻的电阻$R_{0}$已知,请帮小明完善如下实验步骤:
A. 按照图乙连接电路,电阻$R_{0}$选(选填“$R_{1}$”或“$R_{2}$”)更合适;
B. 只闭合$S_{1}$,记录电压表示数为$U_{1}$;
C. 断开$S_{1}$,闭合$S_{2}$,记录电压表示数为$U_{2}$;
D. 利用测得数据和$R_{0}$写出待测电阻器的电阻$R_{x}=$(定值电阻的电阻用$R_{0}$表示)。
(1)请根据题意将图甲中的实物图补充完整。
(2)闭合开关后发现小灯泡不亮,电流表几乎无示数,电压表有示数,电路中可能发生的故障是。(填字母)
A. 小灯泡断路
B. 小灯泡短路
(3)排除故障后,通过移动滑动变阻器的滑片,观察小灯泡的亮度,并根据记录的多组数据作出了如图丙所示的 I-U 图像。实验表明:小灯泡的亮度是由它的决定的。由图像可知小灯泡的额定功率为W,小灯泡变暗时,小灯泡灯丝的电阻(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)小明又想测某未知电阻器的电阻$R_{x}$(约 600Ω),利用图甲部分器材和$R_{1}=500\ \Omega$与$R_{2}=10\ \Omega$的定值电阻设计了如图乙所示的电路,定值电阻的电阻$R_{0}$已知,请帮小明完善如下实验步骤:
A. 按照图乙连接电路,电阻$R_{0}$选(选填“$R_{1}$”或“$R_{2}$”)更合适;
B. 只闭合$S_{1}$,记录电压表示数为$U_{1}$;
C. 断开$S_{1}$,闭合$S_{2}$,记录电压表示数为$U_{2}$;
D. 利用测得数据和$R_{0}$写出待测电阻器的电阻$R_{x}=$(定值电阻的电阻用$R_{0}$表示)。
答案
(1) (实物图补充:将电压表0~3V量程并联在小灯泡两端,滑动变阻器接一个上接线柱与开关右侧接线柱相连,符合要求即可)
(2) A
(3) 实际功率;0.625;变小
(4) $R_1$;$\boldsymbol{\frac{U_1R_0}{U_2-U_1}}$
(2) A
(3) 实际功率;0.625;变小
(4) $R_1$;$\boldsymbol{\frac{U_1R_0}{U_2-U_1}}$
解析
(1) 电压表选用0~3V量程,并联在小灯泡两端;滑动变阻器采用“一上一下”接线方式,将滑动变阻器的上接线柱与开关右侧接线柱相连(实物图补充符合此要求即可)。
(2) 闭合开关后,小灯泡不亮、电流表几乎无示数,说明电路存在断路故障;电压表有示数,表明电压表与电源连通,故故障为小灯泡断路,选A。若小灯泡短路,电压表无示数、电流表有示数,与现象不符。
(3) 小灯泡的亮度由它的实际功率决定;由图丙可知,小灯泡额定电压2.5V对应的电流为0.25A,额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.5V×0.25A=0.625W$;小灯泡变暗时,灯丝温度降低,灯丝电阻随温度降低而变小。
(4) 待测电阻$R_x$约600Ω,电源电压为3V,若选$R_2=10Ω$,其两端电压过小,测量误差大,故选$R_1=500Ω$更合适;只闭合$S_1$,电压表测$R_x$两端电压$U_1$;闭合$S_2$,电压表测电源电压$U_2$,则$R_0$两端电压为$U_2-U_1$,电路电流$I=\frac{U_2-U_1}{R_0}$,因此$R_x=\frac{U_1}{I}=\frac{U_1R_0}{U_2-U_1}$。
(2) 闭合开关后,小灯泡不亮、电流表几乎无示数,说明电路存在断路故障;电压表有示数,表明电压表与电源连通,故故障为小灯泡断路,选A。若小灯泡短路,电压表无示数、电流表有示数,与现象不符。
(3) 小灯泡的亮度由它的实际功率决定;由图丙可知,小灯泡额定电压2.5V对应的电流为0.25A,额定功率$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.5V×0.25A=0.625W$;小灯泡变暗时,灯丝温度降低,灯丝电阻随温度降低而变小。
(4) 待测电阻$R_x$约600Ω,电源电压为3V,若选$R_2=10Ω$,其两端电压过小,测量误差大,故选$R_1=500Ω$更合适;只闭合$S_1$,电压表测$R_x$两端电压$U_1$;闭合$S_2$,电压表测电源电压$U_2$,则$R_0$两端电压为$U_2-U_1$,电路电流$I=\frac{U_2-U_1}{R_0}$,因此$R_x=\frac{U_1}{I}=\frac{U_1R_0}{U_2-U_1}$。
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