Question

15．小丽同学手里有一个标有“3.8V”字样小灯泡，她想知道小灯泡正常工作时的电阻，于是在学校实验室找来一些器材连接了如图甲所示的实验电路，电源电压恒定不变

（1）小丽测小灯泡电阻的实验原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物连接完整（要求滑片向左移灯泡变亮），并画出电路图．
（3）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，她发现灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，其故障原因是小灯泡短路．
（4）故障排除后，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，示数为0.38 A，小灯泡正常工作时的电阻是10Ω．
（5）完成上述实验后，小丽向老师要了一个已知阻值为R₀的定值电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的实验电路，测出了小灯泡的额定功率，请你帮她完成下列实验步骤：①连接好实验电路，闭合开关S₁，将开关S₂拨到触点2（选填“1”或“2”），移动滑片，使电压表的示数为3.8V；
②保持滑片的位置不动，再将开关S₂拨到触点1（选填“1”或“2”），读出电压表的示数为U；
③小灯泡额定功率的表达式为P_额=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$ （用已知量和测量量表示）

Answer 1

分析 （1）伏安法测电阻的原理是：R=$\frac{U}{I}$；
（2）根据要求，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，向左移灯泡变亮，说明滑动变阻器的左下方接线柱必须接入电路中；
（3）电流表有示数说明电路通路，电压表无示数且灯泡不亮，说明电压表并联部分短路；
（4）根据电流表的量程和分度值读出示数，灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据欧姆定律求出灯泡正常发光时的电阻；
（5）由丁图可知，没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于3.8V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率．

解答 解：（1）伏安法测电阻就是使用电压表测出该电阻两端的电压，使用电流表测出通过该电阻的电流．用电压除以电流求出电阻，即R=$\frac{U}{I}$；
（2）用笔画线代替导线，将图甲中的实物连接完整（要求滑片向左移灯泡变亮），滑片向左灯泡变亮，说明电路中电阻变小，应是左下方A接线柱与小灯泡相连，
如图：

（3）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，发现灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，说明电压表并联部分短路，即小灯泡短路；
（4）灯泡正常发光时的电压为3.8V，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.38A，
则灯泡的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω；
（5））①连接好实验电路，闭合开关S₁，将开关S₂拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为3.8V；
②保持滑动变阻器滑片位置不变，S₂接1，读出电压表示数U，电压表测量灯泡和R₀的总电压；
③此时定值电阻R₀两端的电压：U₀=U-U_额=U-3.8V，
通过灯泡的电流：I_额=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
则小灯泡额定功率：P_额=U_额I_额=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）R=$\frac{U}{I}$；（2）如上图；（3）小灯泡短路；（4）0.38；10；（5）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．．

点评 本题考查了实验原理、电路图的画法、电表读数、求灯泡功率、实验设计等，要注意电路图和实物电路图的连接要一一对应；最后一问的实验设计是本题的难点，知道实验原理、应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题．