Question

3．小明在拆裝手電筒時(shí)，發(fā)現(xiàn)手電筒的小燈泡上標(biāo)有“3.8V”的字樣，但上面的電流值已經(jīng)模糊不清，他想通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量該燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻和功率，圖甲為他所連的實(shí)驗(yàn)電路．

（1）經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電路接線有錯(cuò)誤，小明只做了一處改動(dòng)后閉合開關(guān)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)?jiān)谒�接錯(cuò)的導(dǎo)線上打上“×”，并改正．
（2）電路連接正確后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)，但電壓表示數(shù)接近電源電壓，則產(chǎn)生此故障的原因可能是燈泡斷路．
（3）排除故障后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，小明移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V時(shí)，電流表的示數(shù)如圖乙所示．則該小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為12.7Ω（結(jié)果保留一位小數(shù)），額定功率為1.14 W．
（4）在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，老師又出示了一只數(shù)百歐的電阻Rx，問能否用上述方法進(jìn)行測(cè)量．同學(xué)們分析后得出上述方案不行，原因是：阻值太大，電流太小，無法測(cè)出．接著，小明與同學(xué)們經(jīng)過討論，通過增加一電阻箱R₀（0～9999Ω 5A）、定值電阻R₁（200Ω 2A）、單刀雙擲開關(guān)等器材，設(shè)計(jì)出了A、B兩種不同方案，其電路如圖：
①A方案所涉及的思想方法是等效替代法；
②在A、B兩種不同的方案中，你認(rèn)為方案B的設(shè)計(jì)可以讓測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確，理由是：B方案可以進(jìn)行多次測(cè)量求平均值，以減小誤差．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器依靠改變接入電路的電阻線的長(zhǎng)度改變電阻，連接方法是“一上一下”；
（2）發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，可能是燈泡斷路或短路或燈泡之外電路斷路；電流表無示數(shù)，說明電路存在斷路；電壓表示數(shù)接近電源電壓，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路；綜合分析可知電路故障原因是燈泡斷路；
（3）確定電流表量程、最小分度值，讀出電流表示數(shù)；由歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；利用P=UI求出其額定功率；
（4）在電源電壓一定時(shí)，通過導(dǎo)體的電流隨導(dǎo)體電阻的增大而減小，如果電路電流太小，電流表無法測(cè)量或測(cè)量誤差太大，距此分析能否測(cè)待測(cè)電阻阻值；
①由圖知，開關(guān)分別接a或b時(shí)，待測(cè)電阻與電阻箱分別與定值電阻串聯(lián)，當(dāng)待測(cè)電阻阻值與電阻箱阻值相等時(shí)，電壓表示數(shù)相等，此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用了等效替代法；
②阻值特別大的電阻Rx與滑動(dòng)變阻器如果串聯(lián)，由于電壓與電阻成正比，電源電壓基本都加在了電阻Rx兩端，用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動(dòng)變阻器，可以使電壓分配更合理，更便于測(cè)量；比較不同實(shí)驗(yàn)方案的合理性，應(yīng)該看能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，能否盡可能減小誤差．

解答 解：（1）由實(shí)物電路圖可知，滑動(dòng)變阻器上面的兩個(gè)接線柱同時(shí)接入了電路，此時(shí)移動(dòng)滑片，不能改變電路電流，必須要“一上一下”選擇接線柱，電路如圖所示；

（2）電路連接正確后好，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表無示數(shù)，但電壓表示數(shù)接近電源電壓，則產(chǎn)生此故障的原因可能是燈泡斷路；
（3）由圖知電流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)I=0.3A；燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.3A}$=12.7Ω；
額定功率為P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）電流與電阻成反比，電阻越大，電流越小，由于電阻R_X阻值太大，接入電路后，電路電流太小，無法測(cè)出電流；
①用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動(dòng)變阻器，應(yīng)用的是探究實(shí)驗(yàn)的基本方法之一--等效替換法；
②方案A通過改變開關(guān)S連接a或b的位置，改變待測(cè)電阻Rx和電阻箱R與定值電阻R₀的串聯(lián)關(guān)系，雖能得出待測(cè)電阻的阻值，但只能得到一組數(shù)據(jù)，測(cè)量次數(shù)太少，誤差較大；方案B可以根據(jù)需要改變電阻箱的阻值，從而得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后取平均值，誤差更�。�所以采用B方案．
故答案為：（1）電路如圖所示；
（2）燈泡斷路；
（3）12.7；1.14；
（4）阻值太大，電流太小，無法測(cè)出；
①等效替換法； ②B；B方案可以進(jìn)行多次測(cè)量求平均值，以減小誤差．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路連接、電路故障分析、電流表讀數(shù)、求燈泡電阻、實(shí)驗(yàn)方案的選取；本題最后一步難度較大，但體現(xiàn)了研究物理問題的基本方法--等效替換法．在解決實(shí)際問題時(shí)，很有借鑒意義．