Question

16．育才中學(xué)課外實驗小組的同學(xué)想測出家用手電筒的燈泡正常工作時的電阻，實驗器材有：電源（電壓4.5V）、開關(guān)、電壓表、電流表各一個，導(dǎo)線若干，額定電壓為2.5V的待測手電筒燈泡（電阻約為7Ω），滑動變阻器兩個（A：“5Ω  2A”；B：“20Ω  0.5A”）．

（1）該實驗的實驗原理是R=$\frac{U}{I}$；實驗中，應(yīng)選用的滑動變阻器是B（選填“A”或“B”）；
（2）如圖甲所示是實驗電路圖，請用筆畫線代替導(dǎo)線，將實驗電路連接完整（要求：滑動變阻器的滑片向右移動時，小燈泡亮度變暗）．
（3）該組同學(xué)連接完電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表、電壓表示數(shù)均很小，怎樣移動滑片都不起作用，你認為導(dǎo)致該故障的原因是滑動變阻器都接下面兩個接線柱．
（4）排除故障后，移動滑動變阻器的滑片，若某時刻電壓表的示數(shù)如圖乙所示，此時小燈泡兩端電壓為2V；為了測定小燈泡正常工作時的電阻，應(yīng)將滑動變阻器的滑片向左（選填“左”或“右”）移動．
（5）如圖丙所示是根據(jù)記錄的實驗數(shù)據(jù)畫出的小燈泡兩端的電壓與通過其的電流的關(guān)系圖象．從圖象可知，小燈泡正常工作時小燈泡的電阻是10Ω．
（6）同組的小林同學(xué)對圖丙中的圖象進行了深入分析，發(fā)現(xiàn)了生活中手電筒燈泡總是在開燈的一瞬間容易燒壞的原因，結(jié)合小林的分析，你認為該原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（7）該組同學(xué)完成實驗后，又想測量一個額定電壓為3.8V的小燈泡正常發(fā)光時的電阻，在檢查器材時發(fā)現(xiàn)電壓表0～15V量程已經(jīng)損壞，0～3V量程還可以正常使用，在不添加器材的情況下，請幫該組同學(xué)提供一個合理的解決方案：電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端．

Answer 1

分析 （1）測燈泡正常工作時電阻的實驗原理是歐姆定律的變形式，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出燈泡正常發(fā)光時變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點和歐姆定律求出電路中的電流，然后根據(jù)歐姆定律求出變阻器接入電路中的電阻，然后確定變阻器的規(guī)格；
（2）滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，滑片向右移動時小燈泡亮度變暗說明接入電路中的電阻變大，即左下方接線柱必須接入電路中；
（3）移動滑動變阻器滑片，電壓表和電流表示數(shù)都不變，滑動變阻器都接上面或下面兩個接線柱，然后由燈泡的較暗或較亮判斷具體情況；
（4）根據(jù)電壓表的量程和分度值讀出示數(shù)，然后與燈泡的額定電壓相比較，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點判斷接入電路中的電阻變化，進一步判斷滑片移動的方向；
（5）根據(jù)圖象讀出燈泡的額定電流，利用歐姆定律求出燈泡的電阻；
（6）燈絲的電阻與溫度有關(guān)，且溫度越高阻值越大；
（7）電源電壓為4.5V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點，當燈泡電壓為3.8V，滑動變阻器的電壓為0.7V＜3V，可以利用0～3V量程測量滑動變阻器的電壓．

解答 解：（1）該實驗的原理是R=$\frac{U}{I}$；
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，且燈泡正常發(fā)光，
所以，變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_L=4.5V-2.5V=2V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流約為：
I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{7Ω}$≈0.36A，
滑動變阻器接入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{0.36A}$≈5.6Ω，
所以，應(yīng)選用的滑動變阻器是B；
（2）變阻器的左下方接線柱與開關(guān)連接時，滑片向右移動時，小燈泡亮度變暗，如下圖所示：

（3）移動滑片，電壓表和電流表示數(shù)都不變，滑動變阻器都接上面或都接下面兩個接線柱，燈泡不亮說明，滑動變阻器都接下面兩個接線柱；
（4）由圖乙知，電壓表量程是0～3V，分度值是0.1V，示數(shù)為2V，
電壓表的示數(shù)小于燈泡的額定電壓，要測小燈泡正常工作時的電阻，應(yīng)減小變阻器接入電路中的電阻，即滑片向左移動，增大燈泡兩端的電壓，直到電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓2.5V為止；
（5）由圖丙可知，燈泡兩端的電壓U_L=2.5V，通過燈泡的電流I_L′=0.25A，
則小燈泡正常工作時的電阻R_L′=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}′}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（6）手電筒燈泡在開燈的一瞬間，溫度較低，電阻較小，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈泡的實際功率較大，燈泡容易燒壞；
（7）燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端，電壓表選擇0～15V，但是0～15V量程壞了，當燈泡正常發(fā)光時，滑動變阻器兩端電壓為4.5V-3.8V=0.7V，把電壓表并聯(lián)在滑動變阻器的兩端，移動滑動變阻器的滑片，示數(shù)為0.7V時，燈泡正常發(fā)光．
故答案為：
（1）R=$\frac{U}{I}$；B；
（2）如上圖所示；
（3）滑動變阻器都接下面兩個接線柱；
（4）2；左；
（5）10；
（6）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（7）電壓表并聯(lián)在滑動變阻器兩端．

點評 本題考查了伏安法測電阻的原理、滑動變阻器規(guī)格的選取、電路故障的判斷、電壓表的讀數(shù)、歐姆定律的應(yīng)用和電路圖的設(shè)計等，涉及到的知識點較多，綜合性強，要注意燈絲電阻與溫度的關(guān)系．