小明利用如图甲所示电路测定小灯泡的功率。被测小灯泡的额定电压为2.5V,电阻约为10Ω左右。实验室有如下器材:电源(电压为6V)、电流表(0~0.6A 0~3A)、电压表(0~3V 0~15V)、开关各一个、导线若干、滑动变阻器三只:R1(20Ω 0.5A)、R2(50Ω 0.5A)、R3(500Ω 1A)。
(1)实验前在检查仪器时,发现电流表指针如图乙所示,则接下来的操作是__________________。正确连接电路闭合开关后,发现无论怎样移动滑动变阻器滑片,灯泡都不亮,电压表示数接近6V,电流表示数几乎为0,电路的故障可能是____________________________________。
(2)排除电路故障后,闭合开关,改变滑动变阻器的阻值,多次测量,小明画出了小灯泡中电流随其两端电压变化的关系图像(如图丙),则小灯泡的额定功率为_______W。在多次测量中,小明还发现:当电压表的示数增大时,电压表与电流表的示数之比 。(选填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)小明又取了一个规格、型号完全相同的旧灯泡进行实验,发现在额定电压下工作时,灯泡亮度明显偏暗,小明仔细观察,发现这只灯泡的玻璃内壁变黑。灯泡亮度偏暗的原因是灯丝发光时发生____________(选填物态变化名称)而变细,消耗的实际功率变___________的缘故(选填“大、小)。
(4)灯泡的功率测量完毕,小明用5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的定值电阻更换电路中的灯泡,探究电流跟电阻的关系,得到如图丁所示的电流I随电阻R变化的图像,则小明应选用滑动变阻器_______(选填“R1”、“R2”或“R3”)。若某次实验中滑动变阻器连入的阻值为14Ω,则所选定值电阻的阻值为 。
答案:
(1)将指针调零(或调零);灯泡断路(或灯丝断了);(2)0.625;变大;(3)升华;小;(4)R2;10Ω。
【解析】(1)由于实验前检查仪器时电流表出现了如图乙所示的样子,说明电路中在没有电流通过时,指针未在零刻度处,故应该将指针调零(或调零);故障的现象是电压表的示数较大,接近电源电压6V,电流表的示数为0,故故障的原因是与电压表并联的灯泡断路;
(2)由于小灯泡的额定电压为2.5V,经过观察图丙可知,当电压为2.5V时,通过的电流为0.25A,故其额定功率为P=UI=2.5V×0.25A=0.625W;当电压表的示数增大时,通过计算发现当电压表的示数为0.5V时,电阻为=5Ω,当电压表的示数为2.5V时,电阻为=10Ω,可见电压表与电流表的示数之比在变大;
(3)灯泡的玻璃内壁变黑,说明是灯丝发光时发生升华而形成的;由于灯丝变细,故电阻变大,由公式得P=可知,灯泡的电功率变小,灯泡变暗;
(4)由于变阻器的作用是调节定值电阻的两端电压,由图丁可知,定值电阻的两端电压是2.5V且不变,电源电压为6V,故变阻器的两端电压要达到6V-2.5V=3.5V,当定值电阻为25Ω最大时,可计算出变阻器的电阻为35Ω,故R1不行,其最大电阻太小,R3不行,其最大电阻太大,调节不方便,故变阻器选R2;当某次滑动变阻器连入的阻值为14Ω时,由于通过变阻器的电流与灯泡的电流相等,故存在如下关系式:,解之得R=10Ω。