Question

16．育才中學(xué)課外實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)想測(cè)出家用手電筒的燈泡正常工作時(shí)的電阻，實(shí)驗(yàn)器材有：電源（電壓4.5V）、開(kāi)關(guān)、電壓表、電流表各一個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干，額定電壓為2.5V的待測(cè)手電筒燈泡（電阻約為7Ω），滑動(dòng)變阻器兩個(gè)（A：“5Ω  2A”；B：“20Ω  0.5A”）．

（1）該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是R=$\frac{U}{I}$；實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)選用的滑動(dòng)變阻器是B（選填“A”或“B”）；
（2）如圖甲所示是實(shí)驗(yàn)電路圖，請(qǐng)用筆畫(huà)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，將實(shí)驗(yàn)電路連接完整（要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，小燈泡亮度變暗）．
（3）該組同學(xué)連接完電路后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表、電壓表示數(shù)均很小，怎樣移動(dòng)滑片都不起作用，你認(rèn)為導(dǎo)致該故障的原因是滑動(dòng)變阻器都接下面兩個(gè)接線(xiàn)柱．
（4）排除故障后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，若某時(shí)刻電壓表的示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)小燈泡兩端電壓為2V；為了測(cè)定小燈泡正常工作時(shí)的電阻，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向左（選填“左”或“右”）移動(dòng)．
（5）如圖丙所示是根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的小燈泡兩端的電壓與通過(guò)其的電流的關(guān)系圖象．從圖象可知，小燈泡正常工作時(shí)小燈泡的電阻是10Ω．
（6）同組的小林同學(xué)對(duì)圖丙中的圖象進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)了生活中手電筒燈泡總是在開(kāi)燈的一瞬間容易燒壞的原因，結(jié)合小林的分析，你認(rèn)為該原因是燈絲的電阻隨溫度的升高而增大．
（7）該組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)后，又想測(cè)量一個(gè)額定電壓為3.8V的小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，在檢查器材時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓表0～15V量程已經(jīng)損壞，0～3V量程還可以正常使用，在不添加器材的情況下，請(qǐng)幫該組同學(xué)提供一個(gè)合理的解決方案：電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端．

Answer 1

分析 （1）測(cè)燈泡正常工作時(shí)電阻的實(shí)驗(yàn)原理是歐姆定律的變形式，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點(diǎn)求出燈泡正常發(fā)光時(shí)變阻器兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)和歐姆定律求出電路中的電流，然后根據(jù)歐姆定律求出變阻器接入電路中的電阻，然后確定變阻器的規(guī)格；
（2）滑動(dòng)變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，滑片向右移動(dòng)時(shí)小燈泡亮度變暗說(shuō)明接入電路中的電阻變大，即左下方接線(xiàn)柱必須接入電路中；
（3）移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，電壓表和電流表示數(shù)都不變，滑動(dòng)變阻器都接上面或下面兩個(gè)接線(xiàn)柱，然后由燈泡的較暗或較亮判斷具體情況；
（4）根據(jù)電壓表的量程和分度值讀出示數(shù)，然后與燈泡的額定電壓相比較，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)判斷接入電路中的電阻變化，進(jìn)一步判斷滑片移動(dòng)的方向；
（5）根據(jù)圖象讀出燈泡的額定電流，利用歐姆定律求出燈泡的電阻；
（6）燈絲的電阻與溫度有關(guān)，且溫度越高阻值越大；
（7）電源電壓為4.5V，根據(jù)串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)，當(dāng)燈泡電壓為3.8V，滑動(dòng)變阻器的電壓為0.7V＜3V，可以利用0～3V量程測(cè)量滑動(dòng)變阻器的電壓．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)的原理是R=$\frac{U}{I}$；
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，且燈泡正常發(fā)光，
所以，變阻器兩端的電壓：
U_滑=U-U_L=4.5V-2.5V=2V，
因串聯(lián)電路中各處的電流相等，
所以，電路中的電流約為：
I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{7Ω}$≈0.36A，
滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2V}{0.36A}$≈5.6Ω，
所以，應(yīng)選用的滑動(dòng)變阻器是B；
（2）變阻器的左下方接線(xiàn)柱與開(kāi)關(guān)連接時(shí)，滑片向右移動(dòng)時(shí)，小燈泡亮度變暗，如下圖所示：

（3）移動(dòng)滑片，電壓表和電流表示數(shù)都不變，滑動(dòng)變阻器都接上面或都接下面兩個(gè)接線(xiàn)柱，燈泡不亮說(shuō)明，滑動(dòng)變阻器都接下面兩個(gè)接線(xiàn)柱；
（4）由圖乙知，電壓表量程是0～3V，分度值是0.1V，示數(shù)為2V，
電壓表的示數(shù)小于燈泡的額定電壓，要測(cè)小燈泡正常工作時(shí)的電阻，應(yīng)減小變阻器接入電路中的電阻，即滑片向左移動(dòng)，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2.5V為止；
（5）由圖丙可知，燈泡兩端的電壓U_L=2.5V，通過(guò)燈泡的電流I_L′=0.25A，
則小燈泡正常工作時(shí)的電阻R_L′=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}′}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（6）手電筒燈泡在開(kāi)燈的一瞬間，溫度較低，電阻較小，根據(jù)P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈泡的實(shí)際功率較大，燈泡容易燒壞；
（7）燈泡的額定電壓為3.8V，電壓表并聯(lián)在燈泡的兩端，電壓表選擇0～15V，但是0～15V量程壞了，當(dāng)燈泡正常發(fā)光時(shí)，滑動(dòng)變阻器兩端電壓為4.5V-3.8V=0.7V，把電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器的兩端，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，示數(shù)為0.7V時(shí)，燈泡正常發(fā)光．
故答案為：
（1）R=$\frac{U}{I}$；B；
（2）如上圖所示；
（3）滑動(dòng)變阻器都接下面兩個(gè)接線(xiàn)柱；
（4）2；左；
（5）10；
（6）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（7）電壓表并聯(lián)在滑動(dòng)變阻器兩端．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了伏安法測(cè)電阻的原理、滑動(dòng)變阻器規(guī)格的選取、電路故障的判斷、電壓表的讀數(shù)、歐姆定律的應(yīng)用和電路圖的設(shè)計(jì)等，涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性強(qiáng)，要注意燈絲電阻與溫度的關(guān)系．