Question

5．小明同学用一只标有2.5V字样的小灯泡练习测定它的电功率．

（1）小明连接如图所示的实验电路，检查后发现有一根导线连接错误，请你在这根导线上打“×”，并用笔画线代替导线，画出正确的连线．
（2）故障排除后，小明按正确步骤开始实验，闭合开关后，向左移动滑片到某个位里时，电压表示数变为2V，为了使小灯泡正常发光，他又需将滑片向左移动（均选填“左”或“右”）．当小灯泡正常发光时，电流表的示数如图乙所示．则小灯泡的额定功率为0.65W．
（3）小明还想利用上述实验装置测量一小段电炉丝的电阻R_x，可是连接电路时发现电流表已损坏，原电路不能使用．请你利用现有器材（电压未知的电源、量程合适的电压表、最大阻值已知为R₀的滑动变阻器和开关，以上器材各一个，导线若干），帮助设计一个不用改变电压表位置就能测出这段电炉丝电阻的电路．
①把你设计的实验电路图画在虚线框（图丙）内（电炉丝的符号用电阻的符号表示）．
②按你设计的电路进行实验的主要步骤及测量的物理量是①闭合电路，先调节滑动变阻器使得接入电路电阻为0，记下电压表的示数U₁也就是电源电压；
②再调节滑动变阻器使得接入电路电阻为最大值R₀，记下电压表的示数U₂，则此时电路电流为$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$；；
③最后计算电炉丝电阻的表达式是R_x=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）在测灯泡电功率的实验中，电压表应与灯泡并联，据此分析作图．
（2）故障排除后，闭合开关时，滑动变阻器连入电路的阻值最大，灯泡两端电压是处于最小值，所以要提高灯泡两端的电压，增大灯泡的电流，需要减小电路电阻，减小滑动变阻器的电阻．由图示电流表确定电流表的量程与分度值，读出电流表的示数，灯泡在额定电压下的功率为额定功率，由电功率公式P=UI求出灯泡额定功率．
（3）可用滑阻和待测电阻串联，用电压表和待测电阻并联．可用电压表和待测电阻并联，让滑阻调到最小、最大两个位置，读出电压表读数U₁、U₂，U₂就是待测电阻RX的电压，$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$就是待测电阻的电流，然后用电压除以电流就可计算待测电阻的阻值．

解答 解：（1）测灯泡电功率时，电压表应与灯泡并联，由电路图可知，电压表接在灯泡与滑动变阻器两端，测灯泡与滑动变阻器串联电压，即电源电压，电压表连接错误，电压表应并联在灯泡两端，由灯泡额定电压2.5V可知电压表量程为2.5V，电路图如图所示：

（2）故障排除后，闭合开关时，滑动变阻器连入电路的阻值最大，灯泡两端电压是处于最小值，所以要向左移动滑片，使电压表的示数为2V，则减小滑动变阻器连入电路的电阻，即将滑片向左移动到某个位置时；但为了进一步使小灯泡达到额定电压值而正常发光，又需将滑片继续向左移动，进一步减小滑动变阻器连入电路的电阻．由图示电流表可知，电流表量程是0～0.6A，分度值是0.02A，电流表示数是0.26A，灯泡额定功率P=U_额I=2.5V×0.26A=0.65W；
（3）如图所示：把滑阻和待测电阻串联，让电压表和待测电阻并联．

（5）具体实验步骤为：①闭合电路，先调节滑动变阻器使得接入电路电阻为0，记下电压表的示数U₁也就是电源电压；
②再调节滑动变阻器使得接入电路电阻为最大值R₀，记下电压表的示数U₂，则此时电路电流为$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$；
③待测电阻R_X=$\frac{\frac{{U}_{2}}{{U}_{1}-{U}_{2}}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．
故答案为：（1）见上图；（2）左；左；0.65；（3）②闭合电路，先调节滑动变阻器使得接入电路电阻为0，记下电压表的示数U₁也就是电源电压；再调节滑动变阻器使得接入电路电阻为最大值R₀，记下电压表的示数U₂，则此时电路电流为$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$；③$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．

点评 本题考查利用电压表和滑动变阻器来测量未知电阻的阻值，要让滑阻和待测电阻串联，利用滑阻的最大最小值和电压表的两次读数来求未知电阻的阻值．