Question

2．小麗同學手里有一個標有“3.8V”字樣的小燈泡，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（要求滑片向左移燈泡變亮），并在虛線框內畫出對應的電路圖．
（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，電壓表無示數，其故障原因可能是小燈泡短路．
（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21乙所示，小燈泡正常工作時的電阻是10Ω．
（5）完成上述實驗后，小麗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，測出了小燈泡的額定功率，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（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（填“1”或“2”），讀出電壓表的示數為U；
③小燈泡額定功率的表達式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）伏安法測電阻的原理是歐姆定律的變形公式；
（2）滑動變阻器按一上一下的原則串聯在電路中，向左移燈泡變亮，說明滑動變阻器的左下方接線柱必須接入電路中；
根據電流流向法，從電源的正極出發依次串聯各電路元件，然后把電壓表并聯在燈泡兩端即可；
（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，根據歐姆定律的變形公式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，
然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）伏安法測電阻是一種間接測量法，要測量小燈泡的電阻，應先測出小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流，
然后根據歐姆定律的變形公式計算小燈泡的電阻，故測小燈泡電阻的實驗原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）滑動變阻器要按“一上一下”的方式串聯接入電路，要滑片向左移時燈泡變亮，此時電路中的電流變大，
滑動變阻器接入電路的阻值變小，故應將滑動變阻器的A接線柱與小燈泡的右接線柱連接，如下圖所示：

先畫出電源符號，從電源正極出發依次畫出開關、滑動變阻器、燈泡、電流表回到電源的負極，然后把電壓表并聯在燈泡兩端，如下圖所示：

（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，電壓表無示數，說明電壓表并聯部分短路，即小燈泡短路．
（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，
由I=$\frac{U}{R}$得，小燈泡正常工作時的電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω．
（5）①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2，移動滑片，使電壓表的示數為3.8V；
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此時定值電阻R₀兩端的電壓：U₀=U-U_額=U-3.8V，
通過燈泡的電流：I_額=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
則小燈泡額定功率：P_額=U_額I_額=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；
（2）實物圖的連接和電路圖如上圖所示；
（3）小燈泡短路；
（4）0.38；10；
（5）①2；3.8V；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了連接實物電路圖、實驗故障分析、實驗操作、電表讀數、求燈泡功率、實驗設計等，要注意電路圖和實物電路圖的連接要一一對應；
最后一問：實驗設計是本題的難點，知道實驗原理、應用串聯電路特點與歐姆定律即可正確解題．