Question

2．小明和小紅在用伏安法測額定電壓為2.4V小燈泡正常工作電阻R₁的實驗中，使用電源電壓為3V的電源．
（1）在圖甲中，請你用筆畫線將電路連接完整．
（2）在閉合開關之后，燈泡兩端的電壓為2.5V時，圖中滑動變阻器的滑片應向左端移動（選填“左”或“右”）
（3）正確連接電路后，某次試驗時電壓表和電流表的示數如圖乙所示，此時小燈泡正常工作，正常工作的電阻R₁=10Ω；
（4）小紅想：如果燈泡的電阻是不變的，既然已經測得燈泡的正常工作電阻，相當于已知電阻R₁了，就說“在原實驗電路中，不同時使用電壓表與電流表，用一只電壓表或電流表也可以測得變阻器的最大電阻R₂．請你根據小紅的想法
①畫出其中一種電路圖；
②說明何時觀察、觀察的對象和需要觀察記錄的物理量
③寫出滑動變阻器最大阻值R₂的表達式．

Answer 1

分析 （1）在測量燈泡電功率實驗中，需要電壓表與燈泡并聯測量兩端電壓；電流表與燈泡串聯測量電路電流，根據燈泡額定電壓和電阻阻值確定電表量程；
（2）讀取電壓表示數時，首先要明確電壓表選擇的量程和對應的分度值，讀數時視線與指針所對刻線相垂直；要測量燈泡額定功率，兩端電壓必須等于額定電壓，根據串聯電路電壓與電阻成正比確定滑片移動方向；
（3）由電壓為2.4V時的電流數據計算電阻．
（4）只用電壓表，利用已知電阻和被測電阻串聯找電流相等；電阻和滑動變阻器串聯，電壓表與電阻并聯，滑動變阻器阻值為0時，測電源電壓；滑動變阻器為最大值時，電壓表測電阻電壓，根據串聯電路電壓特點，求滑動變阻器電壓，求滑動變阻器電流，即電阻電流；根據R=$\frac{U}{I}$計算電阻；開關串聯在電路中控制電路．

解答 解：
（1）燈泡的額定電壓為2.4V，實驗時，電壓表的量程為0-3V，電壓表與燈泡并聯，根據題意電流表應該選擇0-0.6A的量程．連接如下圖所示：

（2）在閉合開關之后，燈泡兩端的電壓為2.5V時，大于額定電壓2.4V，故應使電流變小，滑動變阻器的滑片向左調節，電阻變大，燈的兩端的電壓變小．
（3）電壓表選擇的是0～3V量程，對應的分度值為0.1V，此時的示數為2.4V；電流表的量程為0-0.6A，分度值為0.02A，示數為0.24A，
則燈泡的電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.4V}{0.24A}$=10Ω；
（4）只用電壓表測電阻：
電阻R₁與滑動變阻器串聯，電壓表與電阻R₁并聯，開關串聯在電路中，如圖．

實驗步驟：先把滑片P移至最右端測出R₁兩端電壓U₁，然后把P移至最左端測出R₁兩端電壓U₂，即電源電壓．
因為I₁=I₀，所以$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{R}_{2}}$，則R₂=$\frac{（{U}_{2}-{U}_{1}）•{R}_{1}}{{U}_{1}}$．
故答案為：（1）見上圖；（2）左；（3）10；（4）①電路圖見上；②先把滑片P移至最右端測出R₁兩端電壓U₁，然后把P移至最左端測出R₁兩端電壓U₂，即電源電壓；③R₂=$\frac{（{U}_{2}-{U}_{1}）•{R}_{1}}{{U}_{1}}$．

點評 本題考查了測量電功率實驗中的電路連接、滑動變阻器的使用及電阻的計算、只用一種電表測電阻，考查的都是基礎知識或技能，難度不大．