Question

13．在“測量小燈泡的電阻”實(shí)驗(yàn)中，電源電壓保持不變，小燈泡的額定電壓為2.5V．
（1）電路接通后，小明發(fā)現(xiàn)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使其接入電路的電阻減小時(shí)，電壓表的示數(shù)也變小了，你認(rèn)為電路連接中存在的錯(cuò)誤是電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端．
（2）改正電路后，他將測得的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果填在下面的表格中． 小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為8.3Ω（保留一位小數(shù)）．

實(shí)驗(yàn)次數(shù)	1	2	3	4
電壓U/V	1.0	1.5	2.0	2.5
電流I/A	0.20	0.22	0.26	0.30
電阻R/Ω	5.0	6.8	7.7

（3）分析表中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，四次測量得到燈絲的電阻值變化很大，這說明燈絲的電阻隨溫度的變化而變化．
（4）小明還想測出一段電爐絲的電阻值，可是在連接電路時(shí)發(fā)現(xiàn)電流表已被燒壞；請你利用現(xiàn)有器材電壓未知的電源（且電源電壓不變）、量程合適的電壓表、最大阻值為20Ω的滑動(dòng)變阻器、開關(guān)各一個(gè)，導(dǎo)線若干），幫助小明設(shè)計(jì)一個(gè)不移動(dòng)電壓表就能測出這段電爐絲阻值的電路．把你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖畫在虛線框內(nèi)（電爐絲的符號(hào)為“”）．

Answer 1

分析 （1）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片使其接入電路的電阻減小時(shí)，根據(jù)分壓原理可知，變阻器兩端電壓減小，由于電壓表的示數(shù)也變小了，說明電壓表接在了變阻器的兩端；
（2）在額定電壓下的發(fā)光為正常發(fā)光，從表格中讀出燈泡兩端電壓為額定電壓時(shí)對應(yīng)的電流，利用歐姆定律計(jì)算燈絲的電阻；
（3）燈絲電阻隨溫度的變化而變化，導(dǎo)致四次測量得到燈絲的電阻值變化很大．
（4）可用滑動(dòng)變阻器和待測電阻串聯(lián)，用電壓表和待測電阻并聯(lián)，利用動(dòng)變阻器的最大阻值和它兩端的電壓，可以起到電流表的作用，以及滑片P的移動(dòng)可以改變電路的連接方式，從而使電壓表測量不同電路兩端的電壓，由此可以得到滑動(dòng)變阻器兩端的電壓，進(jìn)而根據(jù)歐姆定律可以求得待測電阻的阻值．

解答 解：
（1）當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻減小時(shí)，電路中電流增大，根據(jù)U=IR可知，燈泡兩端電壓增大，電源電壓一定，則變阻器兩端電壓減�。挥捎陔妷罕淼氖緮�(shù)也變小了，說明電壓表接在了變阻器的兩端．
（2）改正電路后，從表中數(shù)據(jù)可知：小燈泡正常發(fā)光時(shí)，U=2.5V，I=0.30A，
根據(jù)歐姆定律可知，小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻為：R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.30A}$≈8.3Ω．
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，通過燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI可知，燈泡的實(shí)際功率增大，燈絲的溫度升高，由此說明燈絲的電阻隨溫度的變化而變化（或燈絲的電阻隨溫度的升高而增大）．
（4）雖然沒有電流表、電源電壓未知，但已知滑動(dòng)變阻器的最大阻值；可用滑動(dòng)變阻器和待測電爐絲串聯(lián)，電壓表和待測電爐絲并聯(lián)，通過移動(dòng)滑片改變電路的結(jié)構(gòu)、測得電源電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律計(jì)算得到電爐絲的阻值．
設(shè)計(jì)的電路圖如下圖所示：

實(shí)驗(yàn)步驟和計(jì)算方法：
①當(dāng)滑片位于最左端時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為0，此時(shí)電壓表測量電源電壓U；
②當(dāng)滑片位于最右端時(shí)，滑動(dòng)變阻器全部接入電路，此時(shí)滑動(dòng)變阻器的最大阻值R₂與待測電爐絲R₁串聯(lián)接入電路，電壓表測量待測電爐絲兩端的電壓U₁；
③根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)可知，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U₂=U-U₁；
此時(shí)電路中的電流I=I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{R}_{2}}$；
此時(shí)R₁兩端的電壓為U₁，根據(jù)歐姆定律可求出待測電爐絲R₁的阻值．
故答案為：（1）電壓表接在了滑動(dòng)變阻器兩端；（2）8.3；（3）燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；
（4）如上圖所示．

點(diǎn)評(píng) 本題是測小燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)，考查了電路的正確連接、電阻大小的計(jì)算，影響電阻大小的因素以及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路的能力．