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10. (2024 淄博)在“测量小灯泡的电功率”实验中,小灯泡的额定电压为 2.5 V(正常发光时的电阻约为 $9\ \Omega$)。
甲
(1)图甲是小明连接的电路,请指出不妥之处:
(2)重新连好电路,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,进行多次测量,将数据及现象记录在表格中。
①实验多次测量的目的是
②第4次实验时电流表的示数如图乙所示,小灯泡的额定功率为
③通过实验发现,小灯泡两端的电压越大,实际功率
④同学小聪发现表格中有一个电流数据有误,该数据是
(3)完成实验后,小明取一个阻值为 $R_0$ 的定值电阻,设计了如图丙所示的电路,测量小灯泡正常发光时的电阻。请把实验步骤补充完整。
①闭合开关 S,移动滑片 P,直至电压表示数为
②断开开关 S,保持滑片 P 位置不变,
③小灯泡正常发光时的电阻 $R=$
甲
(1)图甲是小明连接的电路,请指出不妥之处:
电流表选用的量程太大
。(2)重新连好电路,闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,进行多次测量,将数据及现象记录在表格中。
①实验多次测量的目的是
得出小灯泡的实际电压、实际功率、亮度之间的普遍规律
。②第4次实验时电流表的示数如图乙所示,小灯泡的额定功率为
0.7
W;接下来要完成第5次实验,滑片应向右
移动。③通过实验发现,小灯泡两端的电压越大,实际功率
越大
,小灯泡越亮。④同学小聪发现表格中有一个电流数据有误,该数据是
0.36
。(3)完成实验后,小明取一个阻值为 $R_0$ 的定值电阻,设计了如图丙所示的电路,测量小灯泡正常发光时的电阻。请把实验步骤补充完整。
①闭合开关 S,移动滑片 P,直至电压表示数为
2.5
V。②断开开关 S,保持滑片 P 位置不变,
将电压表改接在定值电阻$R_0$两端
,再闭合开关,记录电压表示数 $U'$。③小灯泡正常发光时的电阻 $R=$
$\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'}R_0(或②将电压表改接为测量R_0和灯泡的总电压\ \ ③\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'-2.5\ \mathrm{V}}R_0)$
(用所测的量和已知量表示)。答案
10.(1) 电流表选用的量程太大
(2)① 得出小灯泡的实际电压、实际功率、亮度之间的普遍规律 ② 0.7 右 ③ 越大 ④ 0.36
(3)① 2.5 ② 将电压表改接在定值电阻$R_0$两端 ③ $\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'}R_0(或②将电压表改接为测量R_0和灯泡的总电压\ \ ③\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'-2.5\ \mathrm{V}}R_0)$
(2)① 得出小灯泡的实际电压、实际功率、亮度之间的普遍规律 ② 0.7 右 ③ 越大 ④ 0.36
(3)① 2.5 ② 将电压表改接在定值电阻$R_0$两端 ③ $\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'}R_0(或②将电压表改接为测量R_0和灯泡的总电压\ \ ③\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'-2.5\ \mathrm{V}}R_0)$
解析
【分析】
本题围绕“测量小灯泡的电功率”实验展开，需依次分析电路连接、实验目的、额定功率计算、数据判断及特殊方法测电阻等问题：
1. 第(1)问：先计算小灯泡额定电流，判断电流表量程是否合适，找出不妥之处；
2. 第(2)问：①明确测小灯泡功率时多次测量的目的；②根据额定电压和电流计算额定功率，结合串联分压规律判断滑片移动方向；③根据功率公式分析电压与实际功率的关系；④利用灯泡电阻随温度变化的特点，判断错误电流数据；
3. 第(3)问：结合特殊方法测电阻的原理，补充实验步骤，推导小灯泡正常发光时的电阻表达式。
【解析】
(1) 小灯泡额定电压为2.5V，正常发光时电阻约9Ω，额定电流$I=\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{9Ω}\approx0.28A$，因此电流表应选0~0.6A量程，若图中电流表选用0~3A量程，则量程太大，是不妥之处。
(2) ① 测量小灯泡电功率时，多次测量的目的是得出小灯泡的实际电压、实际功率、亮度之间的普遍规律，避免偶然性；
② 额定功率为额定电压下的功率，$P=UI=2.5V×0.28A=0.7W$；要完成第5次实验，需增大灯泡两端电压，根据串联电路分压规律，滑动变阻器电阻应减小，故滑片向右移动；
③ 由$P=\frac{U^2}{R}$，小灯泡电阻随温度升高而增大，电压越大，实际功率越大，灯泡越亮；
④ 小灯泡电阻随温度升高而增大，电流与电压不成正比，表格中0.36A不符合规律，是错误数据；
(3) ① 闭合开关S，移动滑片P，直至电压表示数为小灯泡额定电压2.5V，使灯泡正常发光；
② 断开开关S，保持滑片P位置不变，将电压表改接在定值电阻$R_0$两端，再闭合开关，记录电压表示数$U'$；
③ 电路中电流$I=\frac{U'}{R_0}$，此电流为灯泡正常发光的电流，故小灯泡正常发光时的电阻$R=\frac{2.5V}{I}=\frac{2.5V}{U'/R_0}=\frac{2.5V}{U'}R_0$（或电压表改接测总电压时，$R_0$的电压为$U'-2.5V$，电流$I=\frac{U'-2.5V}{R_0}$，则$R=\frac{2.5V}{I}=\frac{2.5V}{U'-2.5V}R_0$）。
【答案】
(1) 电流表选用的量程太大
(2)① 得出小灯泡的实际电压、实际功率、亮度之间的普遍规律；② 0.7；右；③ 越大；④ 0.36
(3)① 2.5；② 将电压表改接在定值电阻$R_0$两端；③ $\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'}R_0$（或将电压表改接为测量$R_0$和灯泡的总电压，$\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'-2.5\ \mathrm{V}}R_0$）
【知识点】
测量小灯泡的电功率、欧姆定律的应用、滑动变阻器的使用
【点评】
本题是“测量小灯泡的电功率”的综合实验题，涵盖电路分析、实验目的、额定功率计算、数据处理及特殊方法测电阻等知识点，需学生掌握实验原理和操作细节，理解灯泡电阻随温度变化的特性，综合性较强。
【难度系数】
0.5
本题围绕“测量小灯泡的电功率”实验展开，需依次分析电路连接、实验目的、额定功率计算、数据判断及特殊方法测电阻等问题：
1. 第(1)问：先计算小灯泡额定电流，判断电流表量程是否合适，找出不妥之处；
2. 第(2)问：①明确测小灯泡功率时多次测量的目的；②根据额定电压和电流计算额定功率，结合串联分压规律判断滑片移动方向；③根据功率公式分析电压与实际功率的关系；④利用灯泡电阻随温度变化的特点，判断错误电流数据；
3. 第(3)问：结合特殊方法测电阻的原理，补充实验步骤，推导小灯泡正常发光时的电阻表达式。
【解析】
(1) 小灯泡额定电压为2.5V，正常发光时电阻约9Ω，额定电流$I=\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{9Ω}\approx0.28A$，因此电流表应选0~0.6A量程，若图中电流表选用0~3A量程，则量程太大，是不妥之处。
(2) ① 测量小灯泡电功率时，多次测量的目的是得出小灯泡的实际电压、实际功率、亮度之间的普遍规律，避免偶然性；
② 额定功率为额定电压下的功率，$P=UI=2.5V×0.28A=0.7W$；要完成第5次实验，需增大灯泡两端电压，根据串联电路分压规律，滑动变阻器电阻应减小，故滑片向右移动；
③ 由$P=\frac{U^2}{R}$，小灯泡电阻随温度升高而增大，电压越大，实际功率越大，灯泡越亮；
④ 小灯泡电阻随温度升高而增大，电流与电压不成正比，表格中0.36A不符合规律，是错误数据；
(3) ① 闭合开关S，移动滑片P，直至电压表示数为小灯泡额定电压2.5V，使灯泡正常发光；
② 断开开关S，保持滑片P位置不变，将电压表改接在定值电阻$R_0$两端，再闭合开关，记录电压表示数$U'$；
③ 电路中电流$I=\frac{U'}{R_0}$，此电流为灯泡正常发光的电流，故小灯泡正常发光时的电阻$R=\frac{2.5V}{I}=\frac{2.5V}{U'/R_0}=\frac{2.5V}{U'}R_0$（或电压表改接测总电压时，$R_0$的电压为$U'-2.5V$，电流$I=\frac{U'-2.5V}{R_0}$，则$R=\frac{2.5V}{I}=\frac{2.5V}{U'-2.5V}R_0$）。
【答案】
(1) 电流表选用的量程太大
(2)① 得出小灯泡的实际电压、实际功率、亮度之间的普遍规律；② 0.7；右；③ 越大；④ 0.36
(3)① 2.5；② 将电压表改接在定值电阻$R_0$两端；③ $\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'}R_0$（或将电压表改接为测量$R_0$和灯泡的总电压，$\dfrac{2.5\ \mathrm{V}}{U'-2.5\ \mathrm{V}}R_0$）
【知识点】
测量小灯泡的电功率、欧姆定律的应用、滑动变阻器的使用
【点评】
本题是“测量小灯泡的电功率”的综合实验题，涵盖电路分析、实验目的、额定功率计算、数据处理及特殊方法测电阻等知识点，需学生掌握实验原理和操作细节，理解灯泡电阻随温度变化的特性，综合性较强。
【难度系数】
0.5
