Question

11．在“測量定值電阻阻值”和“測量小燈泡電功率”的實驗中，老師提供的器材有：電流表、電壓表各一個、電源（電壓恒為6V）、開關(guān)各一個，滑動變阻器（“10Ω 2A”、“20Ω 1A”） 兩個，導(dǎo)線若干．

（1）婷婷正確連接好電路后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片到某一位置時，觀察到電流表示數(shù)為0.2A，電壓表示數(shù)如圖甲所示，則定值電阻阻值為10Ω．
（2）婷婷僅把這一次實驗測得的阻值作為最后的結(jié)果，你認為合適嗎？不合適，理由是實驗次數(shù)太少，測量誤差大．
（3）測出電阻后，婷婷將電路中的定值電阻換成了一個額定電壓為2.5V的小燈泡，測量小燈泡的電功率，圖乙是婷婷重新連接的不完整的電路，請你用筆代替導(dǎo)線將實物電路連接完整．（要求：滑片P向右移動時，小燈泡變亮）
（4）電路接好后，閉合開關(guān)，燈泡發(fā)出明亮的光，產(chǎn)生這個現(xiàn)象的操作原因是滑動變阻器滑片沒有移到電阻最大的位置．
（5）排除故障后，再閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P，使電壓表示數(shù)為2.5V時，小燈泡正常發(fā)光，如果此時電流表示數(shù)如圖丙所示，則小燈泡的額定功率是0.75W，實驗中應(yīng)選用的滑動變阻器的規(guī)格為“20Ω 1A”．
（6）小明實驗時，電流表出現(xiàn)了故障不能使用，老師給了他一只定值電阻R₀，告訴他利用這個阻值已知的定值電阻就能測量小燈泡的額定功率．聰明的你一定能幫小明設(shè)計出電路圖，請把你設(shè)計的電路圖畫在丁中．（要求：電壓表只有一個，開關(guān)若干，不允許拆接電路）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)電表的量程和分度值讀出燈泡的電壓，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計算電阻．
（2）定值電阻的阻值是不變的，要進行多次測量求平均值來減小誤差，只有一次實驗得出的最后結(jié)果，誤差太大．
（3）滑片右移，燈泡變亮，電路電流變大，電路電阻變小，來確定滑動變阻器接入的下面接線柱．
（4）為了保護電路，連接電路時開關(guān)要斷開，滑片P置于使連入電阻最大的位置；
（5）燈泡正常發(fā)光時電壓等于額定電壓；電流表示數(shù)的讀法：確定使用的量程，確定每一個大格和每一個小格各代表多少；利用P=UI求小燈泡的功率；
由串聯(lián)電路特點和歐姆定律計算此時變阻器連入阻值，從而確定其規(guī)格；
（6）要測量小燈泡的額定功率，需測量出小燈泡的電壓和電流，根據(jù)定值電阻兩端的電壓和電阻能計算出電路中的電流，通過開關(guān)的變化測出燈泡兩端的電壓，得出小燈泡的電功率的表達式．

解答 解：
（1）由圖甲知，電壓表選擇0～3V量程，分度值0.1V，定值電阻兩端電壓為2V，
由I=$\frac{U}{R}$可得定值電阻阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.2A}$=10Ω．
（2）只把一次實驗測得的阻值作為最后結(jié)果是不合適的，因為定值電阻的阻值是不變的，應(yīng)進行多次測量求平均值來減小誤差．
（3）滑片右移，燈泡變亮，電路電流變大，電路電阻變小，滑動變阻器要接入右半段，滑動變阻器要接B接線柱，把滑動變阻器串聯(lián)在電路中．如圖所示：

（4）電路接好后，閉合開關(guān)，燈泡發(fā)出明亮的光，說明電路中電流較大，原因是：沒有將變阻器的滑片調(diào)到阻值最大位置；
（5）燈泡正常發(fā)光時電壓等于額定電壓，所以閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P，使電壓表示數(shù)為2.5V；
圖丙中電流表的使用量程是：0～0.6A，分度值是：0.02A；小燈泡正常發(fā)光，如果此時電流表示數(shù)為0.3A；
燈泡的額定功率是：P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
由串聯(lián)電路特點可知此時變阻器兩端電壓：U_滑=U-U_額=6V-2.5V=3.5V，
由歐姆定律可得滑動變阻器此時連入的阻值：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.3A}$≈11.7Ω，所以應(yīng)選擇20Ω 1A的滑動變阻器；
（6）沒有了電流表，需要借助已知阻值的定值電阻和電壓表測燈泡正常發(fā)光的電流．如圖所示：

連好電路后，可先閉合開關(guān)S、S₁，斷開S₂，此時電壓表測量燈泡兩端的電壓，移動滑片使燈泡正常發(fā)光；
保持滑片位置不動，斷開開關(guān)S₁，閉合開關(guān)S、S₂，此時電壓表測量燈泡和電阻兩端的總電壓，由串聯(lián)電路特點可得定值電阻兩端電壓，由歐姆定律計算電路中電流，從而計算燈泡的額定功率．
故答案為：
（1）10；
（2）不合適，實驗次數(shù)太少，測量誤差大；
（3）見上圖；
（4）滑動變阻器滑片沒有移到電阻最大的位置；
（5）2.5；0.75；“20Ω 1A”；
（6）見上圖．

點評 本題還考查了電表的讀數(shù)，歐姆定律的應(yīng)用，如何減小誤差，滑動變阻器的使用，功率的計算，特殊方法測功率等，涉及到的知識很多，綜合性很強，增大了解題的難度．