Question

17．小麗同學(xué)手里有一個(gè)標(biāo)有“3.8V”字樣的小燈泡，她想知道小燈泡正常工作時(shí)的電阻，于是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室找來一些器材連接了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，電源電壓恒定不變．

（1）小麗測小燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物連接完整（要求滑片向左移燈泡變亮），并在虛線框內(nèi)畫出電路圖．
（3）閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，其故障原因是小燈泡短路或電流表短路．
（4）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器使小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示，示數(shù)為0.38A，小燈泡正常工作時(shí)的電阻是10Ω．
（5）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小麗向老師要了一個(gè)已知阻值為R₀的定值電阻和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的實(shí)驗(yàn)電路，測出了小燈泡的額定功率，請你幫她完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2，移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V．
②保持滑片的位置不動，再將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)1，讀出電壓表的示數(shù)為U．
③小燈泡額定功率的表達(dá)P_額=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$（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式；
（2）滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)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(jù)電流流向法，從電源的正極出發(fā)依次串聯(lián)各電路元件，然后把電壓表并聯(lián)在燈泡兩端即可；
（3）電流表有示數(shù)說明電路通路，電壓表無示數(shù)且燈泡不亮，說明電壓表并聯(lián)部分短路；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻；
（5）在沒有電流表的情況下，利用定值電阻R₀和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換，移動滑動變阻器的滑片，使燈泡兩端的電壓等于3.8V，使燈正常發(fā)光；
保持滑片的位置不動，再通過開關(guān)的轉(zhuǎn)換使電壓表測出燈與定值電阻R₀的電壓U；在前后兩次開關(guān)轉(zhuǎn)換的過程中，電路的連接關(guān)系沒有改變，各用電器分得的電壓保持不變，此時(shí)燈仍正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律可求出此時(shí)定值R₀的電壓，由歐姆定律求出通過定值電阻R₀的電流，根據(jù)串聯(lián)電路電流的規(guī)律，即燈正常發(fā)光時(shí)的電流大小，根據(jù)P=UI寫出小燈泡額定功率的表達(dá)式．

解答 解：（1）伏安法測電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；
（2）滑動變阻器的左下方接線柱與任意上方接線柱串聯(lián)在電路中時(shí)，滑片向左移時(shí)燈泡會變亮，如下圖所示：

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

（3）閉合開關(guān)，移動滑動變阻器滑片，發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，說明電壓表并聯(lián)部分短路，即小燈泡短路或電流表短路；
（4）燈泡正常發(fā)光時(shí)的電壓為3.8V，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.38A，
則燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω；
（5）①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2，移動變阻器的滑片，使電壓表的示數(shù)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(shù)U；
③根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，此時(shí)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×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．
故答案為：
（1）R=$\frac{U}{I}$； 
（2）實(shí)物圖的連接和電路圖如上圖所示；
（3）小燈泡短路或電流表短路；  
（4）0.38；10；
（5）①3.8；③3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評 本題測小燈泡正常工作時(shí)的電阻，考查了實(shí)驗(yàn)原理、連接實(shí)物電路圖、常見故障的分析、電表讀數(shù)、求燈泡功的電阻及在沒有電流表的情況下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案測電功率的能力，綜合性強(qiáng)，難度大，對能力要求高．