Question

6．在“用伏安法测小灯泡电阻”的实验中，待测小灯泡额定电压为2.5V．
（1）请用笔画线代替导线，将图1所示的实验电路未连接部分连接好（连线不得交叉）．闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于a （选填“a”或“b”）端．

猜想	电压表 示数情况	电流表 示数情况
灯泡断路
灯泡短路

（2）当开关闭合后，发现小灯泡不亮，终过分折，同学们猜想了一些可能的原因，见上表．请根据同学们的猜想，在表中写出对位的电压表和电流表的示数情况（选填“有”或“无”）．
（3）故障排除后，同学们移动滑动变阻器的滑片，记录多组小灯泡两端不同的电压及对应的通过小灯泡的电流值，根据这些数据在坐标纸上绘制出了通过小灯泡的电流随其两端电压变化关系的图象（如图2所示）．分析图象可知，小灯泡正常工作时的灯丝电阻为10Ω．
（4）从图象还可以看出，小灯泡灯丝的电阻随电压的增大逐渐变大（选填“变大”或“变小”），从物理学角度分析，造成这一现象的原因是电阻随灯丝温度的升高而增大．
（5）实验中测出了小灯泡在多次不同电压下的灯丝电阻，有些同学认为可以进一步求出它们的平均值以减小误差．你是否同意他们的观点？请说明理由．
（6）该实验的整套装置还可以用于其它实验，请举出一例．

Answer 1

分析 （1）根据灯泡的量程确定电压表的量程，注意正负接线柱的连接；滑动变阻器按一上一下的串联在电路中；闭合开关前，保护电路的滑动变阻器处于最大阻值处．
（2）灯泡串联在电路中，灯泡断路时，电路中无电流，电压表串联在电路中测电源电压；灯泡短路时，电路是通路，电压表测量导线电压．
（3）根据图象读出电压表示数为2.5V时，对应的电流，然后根据R=$\frac{U}{I}$求出灯丝的电阻；
（4）影响电阻大小的因素有：导体的材料、长度、横截面积和温度；对大多数导体来说，温度越高，电阻越大；
（5）灯丝温度不同时电阻不同，利用多次测量求平均值的方法来减小误差没有意义；
（6）该实验装置还可以测灯泡的功率．

解答 解：（1）灯泡额定电压是2.5V，电压表选0～3V量程，把电流表、灯泡串联接入电路，电压表与灯泡并联，电路图如图所示．

由图知，滑动变阻器的下面接了右边的b接线柱，所以在闭合开关前，应将滑片移至左端即a端，使其阻值最大；
（2）灯泡断路，电流表无示数，电压表串联在电路中，电压表测电源电压，有示数且为电源电压，电源有两节干电池组成，此时电压表的示数为3V；
灯泡短路，其它元件正常工作，电路是通路，电流表有示数，电压表被短路，电压表无示数．
（3）由图2所示图象可知，灯泡额定电压2.5V对应的电流为0.25A，
由I=$\frac{U}{R}$可得：灯泡电阻R=$\frac{{U}_{额}}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（4）由图象可知，随电压增大，灯泡电流增大，但电压增大的快，由欧姆定律可知，随电压增大，灯泡电阻变大．
原因是灯丝的电阻发生变化，是因为电阻随灯丝温度的升高而增大．
（5）灯丝两端的电压越高，温度越高，电阻越大，利用多次测量求平均值的方法来减小误差没有意义；只有不变的定值电阻，才能采用多次测量求平均值，减小误差；
（6）该实验装置可以测出灯泡额定电压与额定电流，由P=UI可以求出灯泡额定功率，因此该装置还可以测灯泡额定功率．
故答案为：（1）实物电路和电路图如上；a；
（2）灯泡不亮，电路存在断路或灯泡短路，电路故障现象如下表所示：

猜想	电压表 示数情况	电流表 示数情况
灯泡断路	电压表有示数	没有示数
灯泡短路	没有示数	有示数

（3）10；
（4）变大；电阻随灯丝温度的升高而增大；
（5）不同意；因为温度越高，灯丝电阻越大；
（6）测灯泡额定功率．

点评 本题考查了伏安法测电阻的电路连接、滑动变阻器的连接、电路故障原因与现象的对应关系、从图象中读出对应的电压和电流来计算电阻，分析电阻和温度的关系，多次测量的目的等等，综合性很强．其中，分析电路故障、从图象变化规律得到电阻变化规律是此题的难点．