Question

8．在“測量小燈泡的電功率”實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω，有兩個規格分別為甲“10Ω 1A”、乙“50Ω 2A”的滑動變阻器，電源電壓為6V．

（1）本實驗中應該選擇乙滑動變阻器的原因是燈泡正常發光時變阻器為14Ω；
（2）圖甲中已有部分電路連好，請用筆畫線代替導線將電路連接完整；
（3）實驗前在檢查儀器時，發現電流表指針如圖乙所示，則接下來的操作是電流表調零． 重新正確連接好電路，閉合開關后，發現無論怎樣移動滑動變阻器滑片，燈泡都不亮，電壓表示數接近6V，電流表示數幾乎為0，電路的故障可能是小燈泡斷路了；
（4）排除電路故障后，閉合開關，改變滑動變阻器的阻值，多次測量，并繪制了通過小燈泡的電流隨其兩 端電壓變化的關系圖象如圖丙所示，則小燈泡的額定功率為0.5W．還發現：當電壓表的示數增大時，電壓表與電流表的示數之比變大（填“變大”、“變小”或“不變”），導致這一結果的原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而變大；
（5）該電路可以測電阻，而另有同學設計了如圖丁圖兩種測量方案，方案中定值電阻的阻值為 R₀．
①方案一的電路中，閉合開關 S，如果電壓表V₁和V₂的讀數分別為U₁和 U₂，則R_x的阻值表達式為R_x=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}}$；
②方案二的電路中，閉合開關S，如果電流表A₁和A₂讀數分別為I₁和I₂，則電阻R_x的阻值表達式為R_x=$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）由串聯電路特點和歐姆定律計算出燈泡正常發光時，滑動變阻器連入的電阻值，分析得出結論；
（2）本實驗中，電流表、燈泡、滑動變阻器應串聯，電壓表測燈泡兩端電壓，根據燈泡額定電壓和正常發光電流確定電表量程；
（3）電流表使用前應調零；電流表無示數，說明電路故障為斷路；電壓表有示數，說明電壓表的正負接線柱與電源兩極相連，據此分析；
（4）已知燈泡的額定電壓，通過圖象得到額定電壓下的電流，利用公式P=UI得到燈泡的額定功率；燈絲電阻受溫度的影響，變化較明顯，并且溫度越高，電阻越大；
（5）①方案一中定值電阻與待測電阻串聯，已知定值電阻電壓與阻值，由歐姆定律可以求出電路電流，已知待測電阻兩端的電壓，由歐姆定律可以求出待測電阻的阻值；
②方案二中定置電阻與待測電阻并聯，已知電阻電阻阻值及流過定值電阻的電流，由歐姆定律可以求出并聯電壓；
根據并聯電路的特點 求出流過待測電阻的電流，由歐姆定律可以求出待測電阻的阻值．

解答 解：
（1）由串聯電路特點，當燈泡正常發光時，變阻器兩端的電壓：U_滑=6V-2.5V=3.5V；
額定電流大約為：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
此時滑動變阻器的電阻應為：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；甲的電阻太小，乙比較適合；
（2）測定小燈泡額定電功率實驗中，電流表、燈泡、滑動變阻器應串聯，電壓表與燈泡并聯，由燈泡正常發光時的電壓和電流可知，電壓表應使用0-3V量程，電流表使用0-0.6A量程，如圖所示：

（3）由圖乙，實驗前在檢查儀器時，電流表未指在零刻度處，根據電流表的使用要求，下一步應對電流表調零；
電流表的示數幾乎為0，說明電路存在斷路，電壓表的示數都約為6V，接近電源電壓，則與電壓表并聯的小燈泡斷路了；
（4）由圖象知，在額定電壓下，通過燈泡的電流為0.2A，則燈泡的額定功率：P_額=U_額I=2.5V×0.2A=0.5W；
燈絲的電阻隨溫度的升高而變大，所以電壓與電流的比值，即燈泡電阻是變大的；
（5）①圖中兩電阻串聯，電壓表V₁測RR₀兩端電壓，V₂測R_x兩端電壓，
流過電路的電流：I=I_x=I₀=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$，
電阻R_x的阻值：R_x=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{{U}_{2}}{\frac{{U}_{1}}{R0}}$=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}}$；
②圖中兩電阻并聯，A₁測干路電流，A₂測R₀的電流，
并聯電路電壓：U=U_x=I₂R₀，流過待測電阻的電流：I_X=I₁-I₂，
待測電阻阻值：R_x=$\frac{U}{{I}_{x}}$=$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．
故答案為：（1）燈泡正常發光時變阻器為14Ω；（2）見上圖；（3）電流表調零；小燈泡斷路了；（4）0.5；變大；燈絲的電阻隨溫度的升高而變大；（5）①$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}}$；②$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．

點評 本題是測燈泡功率的實驗，考查了滑動變阻器的選擇、實物連接、實驗操作、功率的計算以及特殊方法測電阻等，考查的知識點多，綜合性強，但這些都是常考內容，需要掌握好．