Question

3．在用伏安法測(cè)額定電壓為2.5V的小燈泡（電阻大約10Ω左右）電功率的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明連接了如圖所示的電路，其中電源電壓為6V．

（1）請(qǐng)用筆畫(huà)線將圖1中的電路連接完整．
（2）連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)應(yīng)斷開(kāi)（選填“斷開(kāi)”或“閉合”），閉合開(kāi)關(guān)前滑片應(yīng)移到B端（選填“A”或“B”）．
（3）在連接電路時(shí)，有“10Ω 1A”和“20Ω 1A”兩個(gè)滑動(dòng)變阻器可供選擇，則應(yīng)該選擇“20Ω1A”的變阻器連入電路，才能保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行．
（4）在連接電路無(wú)誤后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，且電壓表有示數(shù)，電流表無(wú)示數(shù)．則產(chǎn)生這個(gè)故障的原因可能是燈泡斷路．
（5）故障排除后，閉合開(kāi)關(guān)，移動(dòng)滑片P，直至電壓表示數(shù)為2.5V，這時(shí)電流表的示數(shù)如圖2所示．則該燈泡的額定功率是0.8W．
（6）小明根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，進(jìn)一步分析又發(fā)現(xiàn)小燈泡燈絲電阻是變化的，原因是燈絲電阻受溫度的影響．
（7）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明想用原電路測(cè)量一段電阻絲R_x的阻值（約10Ω）．他用電阻絲替換了燈泡，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表已損壞，將其拆除，將電壓表量程更換為“0-15V”，不改變其它電路元件的連接方式，如圖3所示，小明也完成了實(shí)驗(yàn)．簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)步驟并寫(xiě)出計(jì)算R_x的最后表達(dá)式．（已知滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R₀）
實(shí)驗(yàn)步驟：
（1）閉合開(kāi)關(guān)，將滑片移至a點(diǎn)（或最小阻值），記下電壓表的示數(shù)U       
（2）將滑片移至b點(diǎn)（或最大阻值），記下電壓表的示數(shù)U_X．
表達(dá)式：R_x=$\frac{{U}_{x}}{U-{U}_{x}}$R₀．

Answer 1

分析 （1）使開(kāi)關(guān)、燈泡以及滑動(dòng)變阻器串聯(lián)連接，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端；
（2）連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)必須處于斷開(kāi)狀態(tài)，閉合開(kāi)關(guān)前，需將滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處；
（3）計(jì)算出小燈泡正常發(fā)光時(shí)，需要串聯(lián)的電阻值，根據(jù)這個(gè)電阻值選擇合適的滑動(dòng)變阻器；
（4）閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連；
（5）根據(jù)電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電流表的示數(shù)，然后根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率；
（6）影響電阻的大小因素有材料、長(zhǎng)度、橫截面積以及溫度；
（7）滑動(dòng)變阻器的最大阻值已知，滑動(dòng)變阻器和被測(cè)電阻串聯(lián)，讓滑動(dòng)變阻器全部接入和不接入，來(lái)改變電路的電阻，完成電流表的兩次測(cè)量，利用兩次電路的電源電壓相等，列出等式，解出R_x．

解答 解：（1）使開(kāi)關(guān)、燈泡以及滑動(dòng)變阻器串聯(lián)連接，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端；如下圖所示：

（2）連接電路時(shí)，開(kāi)關(guān)必須處于斷開(kāi)狀態(tài)，閉合開(kāi)關(guān)前，需將滑動(dòng)變阻器的滑片移到阻值最大處，即將滑片放在B端；
（3）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流：I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
由I=$\frac{U}{R}$可知，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值：R=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω，故選“20Ω 1A”的滑動(dòng)變阻器；
（4）閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路故障為斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表的正負(fù)接線柱與電源兩極相連，因此故障為燈泡斷路；
（5）根據(jù)實(shí)物圖可知，電流表量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.32A；
燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（6）因?yàn)闊艚z的電阻隨溫度的升高而增大，因此燈絲的電阻是變化的；
（7）步驟：①閉合開(kāi)關(guān)，將滑片移至a點(diǎn)（或最小阻值），記下電壓表的示數(shù)U；
②將滑片移至b點(diǎn)（或最大阻值），記下電壓表的示數(shù)U_X；
表達(dá)式：R_X=$\frac{{U}_{x}}{U-{U}_{x}}$R₀．
故答案為：（2）斷開(kāi)；B；（3）“20Ω 1A”；（4）燈泡斷路；（5）0.8；（6）燈絲電阻受溫度的影響；
（7）步驟：①閉合開(kāi)關(guān)，將滑片移至a點(diǎn)（或最小阻值），記下電壓表的示數(shù)U；
②將滑片移至b點(diǎn)（或最大阻值），記下電壓表的示數(shù)U_X；
表達(dá)式：R_X=$\frac{{U}_{x}}{U-{U}_{x}}$R₀．

點(diǎn)評(píng) 本實(shí)驗(yàn)題涉及電壓表和電流表的使用、滑動(dòng)變阻器的使用、電路圖的畫(huà)法和實(shí)物圖的連接和歐姆定律，雖綜合性強(qiáng)，但都屬于基礎(chǔ)知識(shí)，難度適中．