Question

8．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）小麗測小燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物連接完整（要求滑片向右移動(dòng)燈泡變亮），
（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)，電壓表沒有示數(shù)，其故障原因是燈泡短路．
（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)如圖乙所示，示數(shù)為0.38A，小燈泡正常工作時(shí)的電阻是10Ω．
（5）完成實(shí)驗(yàn)后，小麗發(fā)現(xiàn)同桌小明的電流表壞了，她就向老師要了一個(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)了如圖丙所示的實(shí)驗(yàn)電路，也測出了小燈泡的正常發(fā)光的電阻，請你幫她完成下列實(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小燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻的表達(dá)式為R=$\frac{3.8V}{U-3.8V}$•R₀（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）測電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；
（2）本實(shí)驗(yàn)中燈泡與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，根據(jù)滑片向右移動(dòng)燈泡變亮確定變阻器接線柱，電壓表測燈泡兩端電壓；
（3）電流表有示數(shù)說明電路通路，電壓表無示數(shù)且燈泡不亮，說明電壓表并聯(lián)部分短路；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；
（5）由丙圖可知：沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測出此時(shí)R₀和L的總電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計(jì)算出燈泡正常發(fā)光時(shí)電阻．

解答 解：
（1）測燈泡電阻實(shí)驗(yàn)的原理是：R=$\frac{U}{I}$；
（2）實(shí)驗(yàn)中電流表、燈泡、滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，滑片向右移動(dòng)燈泡變亮，所以應(yīng)將變阻器右下接線柱接入電路中，滑動(dòng)變阻器并聯(lián)在燈泡兩端，如圖所示：

（3）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，電壓表無示數(shù)，說明電壓表并聯(lián)部分短路，即燈泡短路；
（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，
則燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω；
（5）①燈泡的額定電壓為3.8V，閉合開關(guān)S₁、S₂接2，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V，燈泡正常發(fā)光；
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由串聯(lián)電路特點(diǎn)和歐姆定律可得通過燈泡的電流：
I=I_R=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
所以燈泡的電阻：R=$\frac{{U}_{額}}{I}$=$\frac{3.8V}{\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}}$=$\frac{3.8V}{U-3.8V}$•R₀．
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；（2）見上圖；（3）燈泡短路；（4）0.38；10；（5）2；3.8；1；$\frac{3.8V}{U-3.8V}$•R₀．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了伏安法測電阻的原理和實(shí)物電路圖的連接、電路故障的判斷、電流表的讀數(shù)、歐姆定律的應(yīng)用等．最后一問實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是本題的難點(diǎn)，關(guān)鍵是能利用電壓表與已知阻值的電阻結(jié)合，根據(jù)電路特點(diǎn)達(dá)到測電流的目的．