Question

9．如圖甲所示是小明測量小燈泡（U_額=2.5V）電阻的電路，電源電壓恒為4V．

（1）請將圖甲中的電路連接完整．（要求滑片P向右滑動時電燈變亮，導線不允許交叉）
（2）實驗中，滑動變阻器除了保護電路外，還可以改變燈泡兩端的電壓．
（3）若連好電路閉合開關，發現小燈泡不亮，但電流表有示數．接下來應進行的操作是D．
A．更換開關                      B．更換小燈泡
C．檢查電路是否斷路              D．移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發光
（4）電路正常后，他們分別測出了小燈泡的幾組電壓和電流值．記錄如下：

實驗次數	電壓U/V	電流I/A	燈泡亮度
1	2.0	0.20	幾乎不亮
2	2.5	0.24	發光正常
3	3.0	0.26	發光強烈

①小燈泡正常工作時的電阻大小約為10.4Ω．
②該組同學通過計算發現幾次實驗燈絲電阻是不同的，能否取三次測量的平均值作為燈泡的電阻大小呢？答：不能；這是因為燈絲的電阻隨溫度升高而增大．
（5）完成實驗后，小偉想用原電路測某一定值電阻R_x的阻值，他用該電阻替換燈泡后，發現電壓表損壞了，便將其拆除．請你在不改變其他元件連接的方式下，幫他完成實驗．
 ①實驗步驟：A．閉合開關，使滑動變阻器連入電路的阻值最小（為零），記下電流表的示數I₁；B．將滑動變阻器連入電路的阻值最大，記下電流表示數I₂．
 ②表達式：R_x=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$R₀．（用所測物理量符號表示）

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器與燈泡串聯，且由滑片P向右滑動時電燈變亮判斷滑動變阻器的連接，電壓表與燈泡并聯且正進負出；
（2）實驗中需通過滑動變阻器改變燈泡兩端的電壓，測量燈泡在不同電壓下的電阻值；
（3）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或短路或燈泡的實際功率太小；若電路正常，則可能是滑動變阻器接入電路的阻值太大，電路電流太小，燈泡實際功率太小，燈泡不發光，可以移動滑動變阻器滑片，減小滑動變阻器接入電路的阻值，看燈泡能否發光；
（4）①確定正常發光時的電壓和電流值，根據R=$\frac{U}{I}$計算出電阻值；
②根據燈絲的電阻隨溫度升高而增大的特點進行分析．
（5）滑動變阻器的最大阻值已知，滑動變阻器和被測電阻串聯，讓滑動變阻器全部接入和接入電路中的電阻為0，來改變電路的電阻，完成電流表的兩次測量，利用兩次電路的電源電壓相等，列出等式，解出R_x．

解答 解：（1）燈泡額定電壓是2.5V，電壓表選擇0～3V，與燈泡并聯；
滑片向右移電阻變小，電燈變亮，則變阻器的阻值需變小，滑動變阻器應接右下接線柱，電路圖如圖所示：

（2）實驗中，滑動變阻器除了保護電路外，還可以改變燈泡兩端的電壓；
（3）電流表有示數，而燈泡不發光，可能是電路電流太小，燈泡實際功率太小，不足以引起燈泡發光造成的，可以向右移動滑片，減小滑動變阻器接入電路的阻值，使電路電流變大，燈泡實際功率變大，看燈泡能否發光，D正確；
（4）①由表格中數據知，U=2.5V時，I=0.24A，則R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.24A}$=10.4Ω．
②由于燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，不同電壓下，燈泡的電功率不同，燈絲的溫度不同，所以電阻不同，因此實驗中不能取電阻的平均值．
（5）實驗步驟：
A．閉合開關，使滑動變阻器連入電路的阻值最小（為零），記下電流表的示數I₁；
B．將滑動變阻器連入電路的阻值最大，記下電流表示數I₂．
因電源的電壓不變，
所以，U=I₁R_x=I₂（R_x+R₀）
解得：R_x=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$R₀．
故答案為：（1）見上圖；（2）改變燈泡兩端的電壓；（3）D；（4）①10.4；②不能；燈絲的電阻隨溫度升高而增大；（5）①A．閉合開關，使滑動變阻器連入電路的阻值最小（為零），記下電流表的示數I₁；
B．將滑動變阻器連入電路的阻值最大，記下電流表示數I₂．
②R_x=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$R₀．

點評 本題考查了電壓表和電流表的正確使用、電路故障分析、電阻計算、燈絲電阻大小影響因素、設計探究并聯電路干路電流和支路電流關系等．其中，電路故障分析和設計電路是本題的難點．