Question

8．小麗同學手里有一個標有“3.8V”字樣小燈泡，她想知道小燈泡正常工作時的電阻，于是在學校實驗室找來一些器材連接了如圖甲所示的實驗電路，電源電壓恒定不變．

（1）小麗測小燈泡電阻的實驗原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物連接完整（要求滑片向右移動燈泡變亮），
（3）閉合開關，移動滑動變阻器滑片，她發現燈泡始終不亮，電流表有示數，電壓表沒有示數，其故障原因是燈泡短路．
（4）故障排除后，調節滑動變阻器使小燈泡正常發光，此時電流表的示數如圖乙所示，示數為0.38A，小燈泡正常工作時的電阻是10Ω．
（5）完成實驗后，小麗發現同桌小明的電流表壞了，她就向老師要了一個已知阻值為R₀的定值電阻和一個單刀雙擲開關，借助部分現有的實驗器材，設計了如圖丙所示的實驗電路，也測出了小燈泡的正常發光的電阻，請你幫她完成下列實驗步驟：
①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”），移動滑片，使電壓表的示數為3.8V．
②保持滑片的位置不動，再將開關S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），讀出電壓表的示數為U．
③小燈泡正常發光時電阻的表達式為R=$\frac{3.8V}{U-3.8V}$•R₀（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）測電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；
（2）本實驗中燈泡與滑動變阻器串聯，根據滑片向右移動燈泡變亮確定變阻器接線柱，電壓表測燈泡兩端電壓；
（3）電流表有示數說明電路通路，電壓表無示數且燈泡不亮，說明電壓表并聯部分短路；
（4）根據電流表的量程和分度值讀出示數，燈泡正常發光時的電壓和額定電壓相等，根據歐姆定律求出燈泡正常發光時的電阻；
（5）由丙圖可知：沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測出此時R₀和L的總電壓，便可求出電路中的電流，根據R=$\frac{U}{I}$計算出燈泡正常發光時電阻．

解答 解：
（1）測燈泡電阻實驗的原理是：R=$\frac{U}{I}$；
（2）實驗中電流表、燈泡、滑動變阻器串聯，滑片向右移動燈泡變亮，所以應將變阻器右下接線柱接入電路中，滑動變阻器并聯在燈泡兩端，如圖所示：

（3）閉合開關，移動滑動變阻器滑片，發現燈泡始終不亮，電流表有示數，說明電路是通路，電壓表無示數，說明電壓表并聯部分短路，即燈泡短路；
（4）燈泡正常發光時的電壓為3.8V，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.38A，
則燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω；
（5）①燈泡的額定電壓為3.8V，閉合開關S₁、S₂接2，調節滑動變阻器，使電壓表示數為3.8V，燈泡正常發光；
②保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數U．
③由串聯電路特點和歐姆定律可得通過燈泡的電流：
I=I_R=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
所以燈泡的電阻：R=$\frac{{U}_{額}}{I}$=$\frac{3.8V}{\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}}$=$\frac{3.8V}{U-3.8V}$•R₀．
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；（2）見上圖；（3）燈泡短路；（4）0.38；10；（5）2；3.8；1；$\frac{3.8V}{U-3.8V}$•R₀．

點評 本題考查了伏安法測電阻的原理和實物電路圖的連接、電路故障的判斷、電流表的讀數、歐姆定律的應用等．最后一問實驗設計是本題的難點，關鍵是能利用電壓表與已知阻值的電阻結合，根據電路特點達到測電流的目的．