Question

9．在用電壓表、電流表測量小燈泡電功率的實(shí)驗中，燈泡上標(biāo)有“2.5V”的字樣．滑動變阻器標(biāo)有“20Ω，1A”字樣．
（1）小郭根據(jù)電路圖連接了如圖1所示的實(shí)驗電路，小郭檢查后發(fā)現(xiàn)有一根導(dǎo)線連接有錯誤．請你在這根導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫線代替導(dǎo)線，畫出正確的連線．
（2）電路改正后，小郭閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，而電壓表示數(shù)接近3V，取下燈泡，兩表的示數(shù)仍不變．出現(xiàn)故障的原因可能是燈泡斷路．

（3）故障排除后，開始進(jìn)行實(shí)驗，小郭根據(jù)測出的數(shù)據(jù)，在圖24中畫出了小燈泡電流電壓變化的關(guān)系圖象．由圖可以判斷，小燈泡的額定功率為0.75 W．
（4）根據(jù)圖2可以發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律：小燈泡燈絲的電阻隨著電壓的增大而增大，原因是燈絲電阻隨溫度的升高而增大．
（5）小郭還想利用這個電路圖來測量一個約為5Ω的定值電阻，可是這時發(fā)現(xiàn)電流表壞了，請你利用現(xiàn)有的器材另外設(shè)計測量實(shí)驗．
a．在方框內(nèi)畫出電路圖
b．簡要寫出實(shí)驗步驟及相關(guān)物理量符號先把滑片P移至最右端測出R_x兩端電壓U₁，然后把P移至最左端測出R_x兩端電壓U₂．
c．寫出待測電阻的表達(dá)式：R_X=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}{-U}_{1}}$×20Ω；．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)測量小燈泡電功率的實(shí)驗原理可知，電壓表與燈泡并聯(lián)測其兩端的電壓，電流表與燈泡串聯(lián)測通過的電流，根據(jù)P=UI求出燈泡的額定功率，據(jù)此進(jìn)行解答．
（2）取下燈泡，兩表的示數(shù)仍不變，說明燈泡處斷路了；
（3）額定電壓下的功率為額定功率，從圖象上查出額定電壓下的電流的值，由P=UI計算燈的額定電功率；
（4）根據(jù)燈絲電阻隨溫度的升高而增大，由P=UI分析回答；
（5）沒有電流表，利用已知電阻和被測電阻串聯(lián)，已知最大阻值的滑動變阻器串聯(lián)相當(dāng)于一個定值電阻，將電壓表與被測電阻并聯(lián)，滑動變阻器阻值為0時，測電源電壓；
當(dāng)滑動變阻器為最大值時，電壓表測被測電阻電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)，求滑動變阻器電壓，由歐姆定律求通過滑動變阻器的電流，即被測電阻電流；根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計算電阻．

解答 解：（1）原電路中，電壓表測燈與變阻的總電壓了，根據(jù)測量小燈泡電功率的實(shí)驗原理可知，電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈泡的兩端，故改正如下圖1所示：

（2）閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表無示數(shù)，說明電路中有開路的地方，而電壓表示數(shù)接近3V，取下燈泡，兩表的示數(shù)仍不變，說明開路的地方在電燈處，即燈泡斷路；
（3）當(dāng)電壓為額定電壓2.5V時，對應(yīng)的電流值為0.3A，則燈的額定電功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（4）由圖2可知，通過燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI燈的功率也增大，燈絲的溫度升高，根據(jù)燈絲電阻隨溫度的升高而增大，故燈絲的電阻變大；
（5）a．被測電阻與滑動變阻器串聯(lián)，電壓表與被測電阻并聯(lián)，開關(guān)串聯(lián)在電路中，如下圖2所示：
b．實(shí)驗步驟：先把滑片P移至最右端，測出R_x兩端電壓U₁，
然后把P移至最左端測出R_x兩端電壓U₂，也是電源電壓．
c．因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以，滑動變阻器兩端的電壓：U_滑=U₂-U₁，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得：
I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{X}}$=$\frac{{U}_{2}{-U}_{1}}{{R}_{滑}}$=$\frac{{U}_{2}{-U}_{1}}{20Ω}$，解得：R_X=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}{-U}_{1}}$×20Ω；
故答案為：（1）如上圖1所示；
（2）燈泡斷路；
（3）0.75；
（4）電壓的增大；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；
（5）a．如上圖2所示：
b．先把滑片P移至最右端測出R_x兩端電壓U₁，
然后把P移至最左端測出R_x兩端電壓U₂．
c．R_X=$\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}{-U}_{1}}$×20Ω；

點(diǎn)評 本題用電壓表、電流表測量小燈泡電功率，考查電路的連接、故障的分析、影響電阻大小的因素、設(shè)計實(shí)驗方案的能力，綜合性較強(qiáng)．