Question

1．倪龍在“測量小燈泡的額定功率”時準備了如下器材：額定電壓為6V的小燈泡、穩(wěn)定電源（電壓大約12V）、最大阻值為R₀的滑動變阻器（R₀已知）、電流表、電壓表、開關(guān)各1個，導(dǎo)線若干．
（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲電路連接完整；

（2）實驗中在開關(guān)閉合前應(yīng)該將滑動變阻器的滑片調(diào)至最右（左/右）端；
（3）倪龍正確連接好電路后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)為0，經(jīng)檢查電表完好，則故障可能是燈泡斷路；
（4）故障排除后，再次閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片到某一位置時，小燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是1.44W，此時小燈泡的電阻為25Ω；
（5）將圖甲中小燈泡換成未知阻值的定值電阻R，并撤去電壓表，在不增加任何器材、不改變原電路連接的前提下，倪龍想測出R的阻值，請你幫助倪龍補全實驗方案：①將滑動變阻器的滑片至最右端，讀出電流表示數(shù)為I₁；②再將滑動變阻器滑片調(diào)至最左端，讀出電流表示數(shù)為I₂；則所測量電阻的表達式為R=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（用測量的物理量和已知量符號表示）；
（6）倪龍進一步探究通電直導(dǎo)線周圍的磁場分布情況，找來小磁針、鐵屑、硬紙板等，做了如圖丙所示的實驗，發(fā)現(xiàn)了直導(dǎo)線周圍的磁場是以導(dǎo)線為圓心的同心圓圈，并查找資料知道了判斷直導(dǎo)線周圍磁場的方法：“用右手握住直導(dǎo)線，讓大拇指指向直導(dǎo)線中電流的方向，則彎曲的四指所指方向為磁場方向．”請你用該方法判斷如圖丁中小磁針北極轉(zhuǎn)向紙外（紙內(nèi)/紙外）．

Answer 1

分析 （1）測小燈泡的電阻實驗，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，注意滑動變阻器的接法．
（2）連接電路時，應(yīng)斷開開關(guān)，并將滑片移至最大阻值處；
（3）燈泡不亮，電流表有明顯偏轉(zhuǎn)，電路中無斷路，電壓表示數(shù)為0，則燈泡短路；
（4）確定電流表的量程、最小分度值，由圖讀出電流表的示數(shù)；根據(jù)公式P=UI求出小燈泡的功率，再根據(jù)R=$\frac{U}{I}$求出小燈泡的電阻；
（5）測電阻的原理為R=$\frac{U}{I}$，有電流表可以測量電流；電阻R₀和R串聯(lián)在電源上即可間接測量測出R的電阻，即先將滑動變阻器的滑片移動到最右端，再將滑片移動到最左端，分別測出電流大小，根據(jù)電源電壓相等列出等式，計算出電阻R的阻值．
（6）先判斷出通電導(dǎo)體下方磁場的方向以及導(dǎo)線內(nèi)部磁場的方向，然后根據(jù)小磁針靜止時，北極的指向為磁場方向可知小磁針N極的指向．

解答 解：（1）燈泡與滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電路圖如圖所示：

（2）為保證電路安全，連接電路時，開關(guān)應(yīng)斷開；由圖知，滑動變阻器的下面接了左邊的接線柱，所以閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動變阻器的滑片調(diào)至最右端，使其阻值最大；
（3）小燈泡始終不亮，電路中無斷路，電壓表示數(shù)為0，電流表有明顯偏轉(zhuǎn)，則可能是燈泡短路造成；
（4）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)是0.24A，燈泡的額定功率P=UI=6V×0.24A=1.44W；小燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.24A}$=25Ω；
（5）實驗方案：
步驟②為：再將滑動變阻器滑片調(diào)至最左端，讀出電流表示數(shù)為I₂；
當(dāng)滑動變阻器滑片P位于最右端時，電阻R與R₀串聯(lián)接入電路，總電阻為：R+R₀，
由歐姆定律R=$\frac{U}{I}$得，電源電壓U=I₁（R+R₀），
當(dāng)滑動變阻器滑片P位于最右端時，變阻器R₀接入電路中電阻為0，
電源電壓為U=I₂R，
即：I₁（R+R₀）=I₂R，
解得：R=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
（6）伸出右手，大拇指指向電流的方向，四指的方向為磁場的方向，故導(dǎo)體正下方磁場方向向外，即小磁針靜止時N極的指向為紙外．
故答案為：
（1）見上圖；
（2）右；
（3）燈泡斷路；
（4）1.44；25；
（5）再將滑動變阻器滑片調(diào)至最左端，讀出電流表示數(shù)為I₂；$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
（6）紙外．

點評 本題考查了用伏安法測燈泡電功率的實驗中滑動變阻器的正確使用方法、實物圖的連接、電壓表的讀數(shù)、功率的計算以及通電直導(dǎo)線磁場方向判斷方法等內(nèi)容；明確測電阻的原理為R=$\frac{U}{I}$，用電壓表和電流表，再根據(jù)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流和電壓特點，直接或間接測量電壓和電流，這是解決本題的關(guān)鍵．．