Question

11．在“測(cè)定小燈泡電阻”的實(shí)驗(yàn)中，提供如下實(shí)驗(yàn)器材：待測(cè)小燈泡1只（2.5V 0.7W），電源1個(gè)（電壓恒為3V），電流表1個(gè)（量程0-0.6A或0-3A），電壓表1個(gè)（量程0-3V或0-15V），滑動(dòng)變阻器R₀（20Ω 1A）1個(gè)，開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線若干．
（1）小明同學(xué)連接線路后閉合開(kāi)關(guān)，將變阻器滑片向右滑動(dòng)時(shí)燈泡變暗，而電壓表的示數(shù)增大．請(qǐng)你用筆畫(huà)線代替導(dǎo)線，把圖甲中的實(shí)物電路按小明的連接方式連接完整．
（2）電路連接好后，當(dāng)電壓表的示數(shù)為0.5V時(shí)，小燈泡將正常發(fā)光．
（3）小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表和電壓表均有示數(shù)．突然，電路發(fā)生故障，小燈泡熄滅，而電流表和電壓表的示數(shù)均變大，則故障的原因是燈泡短路．
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)閉合開(kāi)關(guān)，兩表均有讀數(shù)，若將小燈泡從燈座中取走，電壓表無(wú)示數(shù)，電流表無(wú)示數(shù)（兩空均選填“有”或“無(wú)”）．
（5）利用上述實(shí)驗(yàn)器材，不能完成下述實(shí)驗(yàn)中的B．（選填選項(xiàng)前的字母）
A．測(cè)量小燈泡的額定功率　　　　 B．探究電流與電壓的關(guān)系
C．探究小燈泡的亮度與消耗功率的關(guān)系　　　 D．探究串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)
（6）小紅同學(xué)想利用上述器材測(cè)量一未知電阻R_x（定值）阻值，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不慎將電流表?yè)p壞，在不另外添加器材的情況下：
①為了測(cè)出R_x阻值，請(qǐng)你在圖乙的虛線框中畫(huà)出你所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖．
②閉合開(kāi)關(guān)后，測(cè)得你所設(shè)計(jì)的電路圖中電壓表的示數(shù)為U，則R_x=$\frac{U×20Ω}{3V-U}$．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器滑片向右滑動(dòng)時(shí)燈泡變暗，說(shuō)明燈泡實(shí)際功率變小，燈泡電壓變小，電路電流變小，滑動(dòng)變阻器接入電路阻值變大，滑動(dòng)變阻器兩端電壓變大，此時(shí)電壓表示數(shù)變大，說(shuō)明電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，根據(jù)以上分析完成電路圖的連接；
（2）燈泡在額定電壓下正常發(fā)光，電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器電壓，由串聯(lián)電路電壓規(guī)律可以測(cè)出電壓表的示數(shù)；
（3）燈泡熄滅，可能是燈泡斷路或斷路或燈泡之外電路斷路造成的；電流表示數(shù)變大，說(shuō)明電路不存在斷路，電路電阻變小，則電路故障是電路某處發(fā)生短路；電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端電壓，電壓表示數(shù)變大，說(shuō)明滑動(dòng)變阻器不可能短路，則電路故障為：燈泡短路；
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路分析答題；
（5）根據(jù)各實(shí)驗(yàn)的原理與實(shí)驗(yàn)要求，逐一分析各實(shí)驗(yàn)，判斷能進(jìn)行哪個(gè)實(shí)驗(yàn)；
（6）電流表?yè)p壞，滑動(dòng)變阻器最大阻值已知，可讓電阻R與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，滑動(dòng)變阻器阻值全部接入電路，用電壓表測(cè)電阻R或滑動(dòng)變阻器的電壓，由串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律求出電阻阻值．

解答 解：（1）滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，由題意及分析可知，電壓表與滑動(dòng)變阻器并聯(lián)，滑動(dòng)變阻器用左半部分電阻絲，滑動(dòng)變阻器應(yīng)接左下接線柱，電路圖如圖甲所示：

（2）燈泡電壓等于其額定電壓2.5V時(shí)，燈泡正常發(fā)光，此時(shí)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓為3V-2.5V=0.5V，電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端電壓，電壓表示數(shù)是0.5V；
（3）小燈泡熄滅，而電流表和電壓表的示數(shù)均變大，則故障的原因是燈泡短路；
（4）實(shí)驗(yàn)時(shí)閉合開(kāi)關(guān)，兩表均有讀數(shù)，若將小燈泡從燈座中取走，電路斷路，電壓表不能與電源兩極相連，電壓表無(wú)示數(shù)，電路斷路，電路電流為零，電流表無(wú)示數(shù)．
（5）A、該電路能測(cè)出流過(guò)燈泡的電流，求出燈泡兩端的電壓，可以測(cè)量小燈泡的額定功率，不符合題意；
B、要探究電流與電壓的關(guān)系，需要保持燈泡電阻阻值不變，但燈泡電阻隨溫度變化而變化，不是一個(gè)定值，該實(shí)驗(yàn)器材不能探究電流與電壓的關(guān)系，符合題意；
C、移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，電路電阻發(fā)生變化，電路電流變化，燈泡電壓發(fā)生變化，燈泡實(shí)際功率及亮度發(fā)生變化，該器材可以探究小燈泡的亮度與消耗功率的關(guān)系，不符合題意；
D、移動(dòng)滑片，燈泡與滑動(dòng)變阻器兩端電壓均發(fā)生變化，利用該器材可以探究串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)，不符合題意；故選B．
（6）電阻R與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)接入電路，移動(dòng)滑片使滑動(dòng)變阻器阻值全部接入電路R_滑=20Ω，電壓表與電阻R或滑動(dòng)變阻器串聯(lián)，閉合開(kāi)關(guān)，讀出電壓表示數(shù)U，電路圖如圖乙所示；

則滑動(dòng)變阻器兩端電壓U_滑=3V-U，電路電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{3V-U}{20Ω}$，電阻阻值R_X=$\frac{U}{I}$=$\frac{U}{\frac{3V-U}{20Ω}}$=$\frac{U×20Ω}{3V-U}$；
故答案為：（1）如圖所示；（2）0.5；（3）燈泡短路；（4）無(wú)；無(wú)；（5）B；（6）如圖所示；$\frac{U×20Ω}{3V-U}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路、連接電路圖、求電壓表示數(shù)、求電阻等問(wèn)題，（1）（6）設(shè)計(jì)、連接電路難度較大，知道實(shí)驗(yàn)原理、明確實(shí)驗(yàn)要求是正確解題的前提與基礎(chǔ)．