【分析】
本题是测量灯泡额定功率和实际功率的实验题,需结合电功率测量原理、电路连接规范、滑动变阻器使用规则及实验操作逻辑逐一分析:
1. 对于(1),根据电功率的定义式,要测算功率必须获取电压和电流两个物理量,实验核心原理为$P=UI$;
2. (2)实物连接需依据灯泡额定电压选择电表量程,滑动变阻器遵循“一上一下”接线原则,严格对照电路图依次连接各元件;
3. (3)连接电路时开关断开是为了防止短路故障,闭合开关前滑动变阻器滑片需移至最大阻值处,结合电路图可判断滑片具体位置;
4. (4)实验中通过移动滑动变阻器滑片改变灯泡两端电压,分别测量小于、等于、略大于额定电压三种情况,同步观察灯泡亮度变化;
5. (5)额定功率是灯泡在额定电压下的功率,利用$P=UI$代入额定电压和对应电流计算即可;
6. (6)通过计算不同电压下的灯丝电阻,结合亮度变化,可分析出灯丝电阻与温度的关联;
7. (7)根据不同电压下灯泡的亮度和实际功率的对应关系,总结出电压、实际功率与亮度的规律。
【解析】
(1) 要测量灯泡的额定功率和实际功率,根据电功率公式$P=UI$,需要测量的物理量是灯泡两端的电压$U$和通过灯泡的电流$I$,实验原理为$\boldsymbol{P=UI}$。
(2) 实物连接:灯泡额定电压为2.5V,电压表选择0~3V量程;灯泡正常发光时电流$I=\frac{U}{R}=\frac{2.5V}{6Ω}≈0.42A$,电流表选择0~0.6A量程。从电源正极出发,依次连接开关、滑动变阻器(采用“一上一下”接线,如接左下和右上接线柱)、灯泡、电流表,回到电源负极;将电压表并联在灯泡两端,正接线柱接灯泡左端,负接线柱接灯泡右端(连接图参考题目给出的参考答案插图)。
(3) 连接电路时,开关$S$应断开,避免电路短路损坏元件;闭合开关$S$前,滑动变阻器的滑片应移至最大阻值处,由电路图可知,滑片移至最右端时,滑动变阻器接入电路的电阻丝最长,阻值最大。
(4) 闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,分别使电压表示数小于、等于和略大于灯泡的额定电压,观察灯泡的亮度,读出对应电压表、电流表的示数。
(5) 灯泡的额定功率是额定电压2.5V下的功率,根据实验数据,当电压为2.5V时,对应电流为0.2A,代入公式得:$P_{额}=U_{额}I_{额}=2.5V×0.2A=0.5W$。
(6) 分析实验数据可知,灯泡越亮,灯丝的电阻越大;导致灯丝电阻变化的原因是灯泡越亮,灯丝温度越高,金属灯丝的电阻随温度升高而增大。
(7) 实验结论:当灯泡两端电压等于额定电压时,实际功率等于额定功率,灯泡正常发光;当灯泡两端电压小于额定电压时,实际功率小于额定功率,灯泡发光较暗;当灯泡两端电压略大于额定电压时,实际功率大于额定功率,灯泡发光较亮。
【答案】
(1) 灯泡两端的电压$U$、通过灯泡的电流$I$;$P=UI$
(2) 实物连接图见参考答案插图
(3) 断开;右端
(4) 滑动变阻器的滑片;小于;等于;略大于;亮度
(5) $\boldsymbol{0.5}$
(6) 大;灯丝的温度越高,电阻越大
(7) 当灯泡两端电压等于额定电压时,灯泡正常发光,实际功率等于额定功率;当电压小于额定电压时,灯泡较暗,实际功率小于额定功率;当电压略大于额定电压时,灯泡较亮,实际功率大于额定功率
【知识点】
电功率的测量;滑动变阻器的使用;影响电阻的因素
【点评】
本题全面覆盖了测量灯泡电功率实验的核心考点,包括实验原理、电路连接、实验操作规范、数据分析及结论总结,重点考查了滑动变阻器的作用、电功率公式的应用以及灯丝电阻与温度的特殊关系,是电学实验中的典型基础题型。
【难度系数】
0.6