Question

16．小娜用一只標有2.5V字樣的小燈泡做“測定小燈泡的電功率”實驗．

（1）請根據甲圖用筆畫線將乙圖實物電路圖連接好，閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應置于C（填“C”或“D”）端；
（2）連接好電路，小娜閉合開關，發(fā)現燈泡不亮，電壓表有示數，電流表無示數，任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數不變，則產生這種故障的原因可能是燈絲斷了；
（3）排出故障后，為測定小燈泡的額定功率，應調節(jié)滑動變阻器的滑片使得電壓表示數為額定電壓，此時電流表示數如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是1W；
（4）小娜還想利用上述實驗裝置測量一段電爐絲的電阻R_x，可是連接電路時發(fā)現電流表已燒壞，請你利用現有器材（電壓未知的電源、量程合適的電壓表、最大阻值已知為R₀的滑動變阻器、開關各一個、導線若干），幫助小娜設計一個能測出電爐絲電阻的電路，并將對應電路圖畫在虛線框內，簡要寫出實驗步驟并寫出R_x的表達式．

Answer 1

分析 （1）根據燈泡的額定電壓確定電壓表的量程，且與燈泡并聯(lián)；根據丙圖知電流表量程，且與燈泡串聯(lián)，注意電表正負接線柱的連接；滑動變阻器的兩接線柱一上一下的串聯(lián)在電路中；閉合開關前，滑片應滑到最大值處；
（2）電壓表有示數說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路，電流表無實數、小燈泡始終不亮說明電路斷路，即電壓表并聯(lián)部分斷路；
（3）由圖丙讀出燈泡正常發(fā)光時的電流，根據P=UI計算燈泡的額定功率；
（4）可用電壓表和待測電阻并聯(lián)，讓滑阻調到最小、最大兩個位置，分別讀出電壓表讀數U₁、U₂，U₂是P在變阻器最大值時待測電阻R_X的電壓，根據串聯(lián)電路特點和歐姆定律可計算待測電阻的阻值．

解答 解：
（1）燈泡的額定電壓2.5V，所以電壓表使用0-3V量程，且與燈泡并聯(lián)；根據丙圖知電流表量程0-0.6A，且與燈泡串聯(lián)，注意電表正負接線柱的連接；
滑動變阻器的兩接線柱一上一下的串聯(lián)在電路中．為了保護電路，閉合開關前，滑動變阻器的滑片P應置于最大值A端．如圖所示：
；
（2）連好電路閉合開關，發(fā)現小燈泡不亮，電壓表有示數，電壓表有示數說明電壓表兩接線柱與電源之間是通路．電流表無示數，說明電壓表并聯(lián)部分斷路，即電壓表串聯(lián)接入電路中，所以任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數不變．故障的原因可能是燈絲斷了；
（3）燈泡正常發(fā)光時電壓為2.5V，由丙圖，電流表使用0-0.6A量程，分度值0.02A，示數為0.4A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.4A=1W；
（4）電路如圖所示：
；
實驗步驟為：
①閉合電路，先調節(jié)滑動變阻器使得接入電路電阻為0，記下電壓表的示數U₁也就是電源電壓；
②再調節(jié)滑動變阻器使得接入電路電阻為最大值R₀，記下電壓表的示數U₂，則此時電路電流為 I=$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$；
③待測電阻R_X=$\frac{{U}_{2}}{\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．
注意：若先調節(jié)滑動變阻器使得接入電路電阻為最大值，記下電壓表的示數U₁，后調節(jié)滑動變阻器使得接入電路電阻為0，記下電壓表的示數U₂，則結果表達式為$\frac{{U}_{1}{R}_{0}}{{U}_{2}-{U}_{1}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈絲斷了；（3）1；（4）步驟和表達式見上．

點評 本題本題考查電路連接、故障判斷、電表讀數、歐姆定律和電功率的計算等，在考查利用電壓表和滑動變阻器來測量未知電阻的阻值，要讓滑動變阻器和待測電阻串聯(lián)，利用滑阻的最大最小值和電壓表的兩次讀數來求未知電阻的阻值．