Question

18．小麗同學(xué)手里有一個(gè)標(biāo)有“3.8V”字樣小燈泡，她想知道小燈泡正常工作時(shí)的電阻，于是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室找來(lái)一些器材連接了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，電源電壓恒定不變．

（1）小麗測(cè)小燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物連接完整（要求滑片向左移燈泡變亮），并在圖乙虛線框內(nèi)畫出電路圖．
（3）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無(wú)示數(shù)，其故障原因是燈泡短路或電壓表短路．
（4）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖丙所示，示數(shù)為0.38A，小燈泡正常工作時(shí)的電阻是10Ω．
（5）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小麗向老師要了一個(gè)已知阻值為R₀的定值電阻和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖丁所示的實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)出了小燈泡的額定功率，請(qǐng)你幫她完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2（選填“1”或“2”），移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V．
②保持滑片的位置不動(dòng)，再將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)1（選填“1”或“2”），讀出電壓表的示數(shù)為U．
③小燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．（用已知量和測(cè)量量表示）．

Answer 1

分析 （1）測(cè)電阻的原理為R=$\frac{U}{I}$；
（2）滑片向左移燈泡變亮，即電路的電阻變小，說(shuō)明滑動(dòng)變阻器滑片以左電阻絲連入電路中；
根據(jù)電流流向法，從電源的正極出發(fā)依次串聯(lián)各電路元件，然后把電壓表并聯(lián)在燈泡兩端即可；
（3）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電壓表無(wú)示數(shù)，則燈短路或電壓表短路；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，燈泡在額定電壓下才正常發(fā)光，根據(jù)歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；
（5）在沒有電流表的情況下，利用定值電阻R₀和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，使燈泡兩端的電壓等于3.8V，使燈正常發(fā)光；
保持滑片的位置不動(dòng)，再通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換使電壓表測(cè)出燈與定值電阻R₀的電壓U；
在前后兩次開關(guān)轉(zhuǎn)換的過程中，電路的連接關(guān)系沒有改變，各用電器分得的電壓保持不變，此時(shí)燈仍正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可求出此時(shí)定值R₀的電壓，由歐姆定律求出通過定值電阻R₀的電流，根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律，即燈正常發(fā)光時(shí)的電流大小，根據(jù)P=UI寫出小燈泡額定功率的表達(dá)式．

解答 解：（1）測(cè)電阻的原理為R=$\frac{U}{I}$；
（2）根據(jù)滑片向左移時(shí)燈泡變亮，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值變小，即滑片以左電阻絲連入電路中，故應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的A接線柱與小燈泡的右接線柱連接，如下圖所示：

（3）電流表有示數(shù)，說(shuō)明電路為通路，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電壓表無(wú)示數(shù)，則燈短路或電壓表短路；
（4）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓為3.8V，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.38A，
根據(jù)歐姆定律，小燈泡正常工作時(shí)的電阻：R=$\frac{U}{I}=\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω．
（5）①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2，移動(dòng)變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)U；
③根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，此時(shí)定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U-U_額=U-3.8V，
通過燈泡的電流：I_額=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：P_額=U_額I_額=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；
（2）實(shí)物圖的連接如上圖所示；
（3）燈泡短路或電壓表短路；
（4）10；
（5）①2；3.8；②1；③3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題測(cè)小燈泡正常工作時(shí)的電阻，考查了實(shí)驗(yàn)原理、連接實(shí)物電路圖、常見故障的分析、電表讀數(shù)、求燈泡功的電阻及在沒有電流表的情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)電阻的能力，綜合性強(qiáng)，難度大，對(duì)能力要求高．