Question

20．小明在拆手电筒时，发现手电筒的小灯泡上标有“2.5V”的字样，但上面的电流值已经模糊不清，他想通过实验测量该灯泡正常发光时的电阻，图甲为他所连接的实验电路．
（1）同组的小李同学在检查线路时，发现有一根导线连接错误．请你在图中用“×”标出这根错接的导线，并画出改接后的导线（不能与其他导线交叉）．

（2）电路错误改正后，将滑动变阻器的滑片移至A端，闭合开关后，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表的示数接近3V．发生这种现象的原因可能是小灯泡断路．
（3）排除故障后，再闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为2V时，电流表的示数如图1乙所示，此时小灯泡的实际功率为0.6 W；为了测定小灯泡的额定功率，应将滑动变阻器的滑片P向B（选填“A”或“B”）端移动，直到电压表示数为2.5V．
（4）在此实验的基础上，老师又出示为数百欧的电阻R_x，提问能否用上述方法测量其阻值．同学们分析得出上述方案不行，原因是：电路中的电阻太大，且电源电压太小，从而导致电路中电流太小，难以准确读数．
（5）接着，小明与其他同学经过讨论，通过增加一电阻箱R₀（0～9999Ω　5A）、定值电阻R（200Ω　2A）、单刀双掷开关等器材，设计出了A、B两种不同方案，其电路图如图2：
①A方案所涉及的思想方法是等效替代法（控制变亮法/转换法/等效替代法）（选填）．
②在A、B两种不同的方案中，你认为B方案的设计可以让测量结果更准确，理由是B方案可以进行多次测量求平均值，以减小误差．

Answer 1

分析 （1）根据伏安法测电阻的电路图可知，电流表应跟灯泡串联，电压表跟灯泡并联，电压表测的是灯两端的电压，电流表测的是灯中的电流，
从图中可知，灯与电流表并联了，故灯泡右侧到B点的连线接线错误；
（2）闭合开关后，发现小灯泡不亮，电流表无示数，电压表的示数接近3V，说明电路中几乎无电流，电压表能与电源相通，故是灯处断路了；
（3）①根据电流表的读数方法（电流表读数：首先确定使用的量程，然后确定每一个大格和每一个小格代表的示数），读出电流表示数，利用P=UI计算实际功率；
②灯泡两端电压由2V增大到2.5V，灯泡电流要增大，需要减小电路电阻，减小滑动变阻器的电阻；
（4）在电源电压一定时，通过导体的电流随导体电阻的增大而减小；
（5）①阻值特别大的电阻R_x与滑动变阻器如果串联，由于电压与电阻成正比，电源电压基本都加在了电阻R_x两端，
用阻值很大的电阻箱和定值电阻代替滑动变阻器，可以使电压分配更合理，更便于测量；
②比较不同实验方案的合理性，应该看能否达到实验目的，能否尽可能减小．

解答 解：（1）要使小灯泡与电流表串联，必须将滑动变阻器与小灯泡连接的导线断开；同时在小灯泡右侧接线柱和开关右侧接线柱之间连接一条导线，如下图所示：

（2）当闭合开关后，灯不亮，电流表无示数，说明发生了断路；而电压表有示数，说明电压表能与电源相通，故是小灯泡断路；
（3）①电流表选用0～0.6A量程，分度值是0.02A，故I=0.3A，此时实际功率P=UI=2V×0.3A=0.6W；
②电压表测灯泡电压，要测灯泡的额定功率，使灯泡两端电压为2.5V，
要使电压表的示数由2V增大到2.5V，即灯泡两端电压增大，需要电流增大，总电阻减小，滑动变阻器电阻减小，滑片向B端移动；
（4）电流与电阻成反比，电阻越大，电流越小；即阻值太大，电流太小，难以准确读数；
（5）①用阻值很大的电阻箱和定值电阻代替滑动变阻器，应用的是探究实验的基本方法之一：等效替换法；
②方案A通过改变开关S连接a或b的位置，改变待测电阻R_x和电阻箱R与定值电阻R₀的串联关系，
虽能得出待测电阻的阻值，但只能得到一组数据，测量次数太少，误差较大；
方案B可以根据需要改变电阻箱的阻值，从而得到多组实验数据，然后取平均值，误差更小．所以采用B方案．
故答案为：（1）如上图；
（2）小灯泡断路；
（3）0.6；B；电压表示数为2.5V；
（4）电路中的电阻太大，且电源电压太小，从而导致电路中电流太小，难以准确读数；
（5）①等效替代法；②B；B方案可以进行多次测量求平均值，以减小误差．

点评 本题考查了电路故障的分析、电表的读数、电功率的测量及计算、等效替代法的运用等知识，综合性强；最后一步难度较大，但体现了研究物理问题的基本方法--等效替代法，在解决实际问题时，很有借鉴意义．