Question

4．在測(cè)定小燈泡電阻的是實(shí)驗(yàn)中（所用燈泡的額定電壓U₀=2.5V）

（1）小明小組采用圖甲所示的方案，測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)閉合開(kāi)關(guān)后，無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能是燈泡斷路；排除故障后，調(diào)節(jié)滑片到一定位置后電壓表的示數(shù)為2.0V，要測(cè)量小燈泡正常工作時(shí)的電阻，應(yīng)該把滑片向左（填“左”或“右”）移動(dòng)直到電壓表的示數(shù)為2.5V，此時(shí)電流表示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡正常工作的電阻為5Ω，用此電路圖還可以完成的實(shí)驗(yàn)是測(cè)定小燈泡的電功率．
（2）小剛小組因?yàn)殡妷罕頁(yè)p壞，他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖丙所示的電路圖（其中電源電壓未知，電阻R的阻值一定，大小為10Ω）測(cè)量小燈泡正常工作時(shí)的電阻，請(qǐng)你幫他們完成實(shí)驗(yàn)：先將開(kāi)關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P使電流表示數(shù)I₁=0.25A；再保持滑片位置不動(dòng)，將開(kāi)關(guān)S撥到位置2，讀出電流表示數(shù)I₂，則小燈泡正常工作時(shí)的電阻的表達(dá)式為R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（或R_L=$\frac{2.5V}{{I}_{2}-0.25A}$）．

Answer 1

分析 （1）燈泡不亮，可能是燈泡斷路或燈泡短路或燈泡之外的電路斷路；電流表示數(shù)為零，說(shuō)明電路存在斷路；電壓表示數(shù)接近于電源電壓，說(shuō)明電壓表與燈泡兩端相連，燈泡之外電路不存在斷路；綜合分析可知電路故障為燈泡斷路；
電壓表示數(shù)是2.0V，小于燈泡額定電壓，要使燈泡正常發(fā)光，由電路圖可知，滑動(dòng)變阻器滑片應(yīng)向左移動(dòng)，減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，增大燈泡兩端的電壓，直到電壓表示數(shù)等于燈泡額定電壓為止；由圖乙確定電流表量程與最小分度值，讀出電流表示數(shù)，然后由歐姆定律求出燈泡的電阻；由P=UI求出燈泡的額定功率．
（2）沒(méi)有電壓表的情況下，利用定值電阻和電流表代替電壓表與燈泡并聯(lián)，首先計(jì)算出當(dāng)電阻兩端的電壓為2.5V時(shí)的電流，閉合開(kāi)關(guān)到1，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，觀察電流表的示數(shù)，使電阻兩端的電壓等于2.5V；然后閉合開(kāi)關(guān)到2，讀出電流表的示數(shù)，根據(jù)并聯(lián)電路的電流關(guān)系計(jì)算出通過(guò)小燈泡的電流，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻．

解答 解：（1）閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)無(wú)論怎樣移動(dòng)滑片P，燈都不亮，電流表示數(shù)始終為0，電壓表示數(shù)約為6V，則電路中出現(xiàn)的故障可能是：燈泡斷路；
向左移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，減小滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值，使燈泡兩端的電壓增大，直到電壓表示數(shù)達(dá)到2.5V為止；
由圖乙可知，電流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)為0.5A，
燈泡正常發(fā)光時(shí)的阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.5A}$=5Ω；
根據(jù)P=UI可以計(jì)算出小燈泡的額電功率，所以此實(shí)驗(yàn)可測(cè)定小燈泡的電功率；
（2）圖丙中小燈泡和電阻并聯(lián)，兩端電壓相等，所以當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，定值電阻兩端的電壓U=2.5V，
則通過(guò)定值電阻的電流為I₁=$\frac{{U}_{R}}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
測(cè)量小燈泡正常發(fā)光的電阻時(shí)，先將開(kāi)關(guān)S撥到位置1，移動(dòng)滑片P使電流表示數(shù)I₁=0.25A；
在保持滑片P不動(dòng)，將開(kāi)關(guān)S撥到位置2，電流表測(cè)量干路電流，讀出電流表示數(shù)I₂；
根據(jù)并聯(lián)電路的電流特點(diǎn)，通過(guò)小燈泡的電流為I=I₂-I₁，
小燈泡正常發(fā)光的電壓為U=I₁R，
所以小燈泡正常工作時(shí)的電阻的表達(dá)式為：
R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
或?yàn)镽_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{{I}_{2}-0.25A}$．
故答案為：（1）燈泡斷路；左；5；測(cè)定小燈泡的電功率；
（2）0.25A；滑片位置；R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{{I}_{1}R}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（或R_L=$\frac{2.5V}{{I}_{2}-0.25A}$）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路故障分析、歐姆定律的應(yīng)用、并聯(lián)電路的特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)，本題第（2）小題應(yīng)用了等效替代法，第（2）小題有一定的難度，解題是時(shí)要注意認(rèn)真分析．