Question

在用“伏安法”测量小灯泡工作时的电阻Rx的实验中，使用下列器材进行实验：
A．电流表一个（量程0～0.6A，0～3A）；
B．电压表一个（量程0～3V，0～15V）；
C．串联的干电池三节；
D．滑动变阻器R（阻值为0～12Ω）；
E．待测小灯泡Rx，（阻值约为6Ω）；
F．开关一个；导线若干．则：
（1）该实验依据的原理是________（用课本中的字母表示）；并根据题意在右上边的虚线方框内画出所需要的实验电路图（其中部分已画好）．

（2）该电路中电流可变化的范围是________．
（3）若在电路中要求电流表和电压表的示数不超过量程，又要使几次测量数据时，指针至少都要达到电流表和电压表刻度的中线，那么，电流表的量程应选________A，电压表的量程应选________V；同时为了防止损坏电流表和电压表，滑动变阻器连入电路的阻值范围为________Ω．并且在实验时滑动变阻器连入电路的阻值是由________（填“大变小”或“小变大”）．
（4）根据所画的电路图，用铅笔画线代替导线将实物图连接完整（其中部分导线已连接好）．
（5）某同学在写实验报告时．所设计的记录实验数据的表格如表所示，其中，错误的一栏是________，这是由于小灯泡灯丝的电阻与________有关．

实验次序	U/V	I/A	R/Ω	灯泡亮度	电阻的平均值R/Ω
1				灯丝暗红
2				微弱发光
3				正常发光

Answer 1

解：（1）伏安法测灯泡电阻的实验原理：R=，
电压表与灯泡并联，电流表与灯泡串联，滑动变阻器与灯泡串联，根据各元件的连接方式，画出电路图．

（2）当滑动变阻器连入电路电阻最大时，电路电流最小，
R_总=R_X+R=6Ω+12Ω=18Ω，
电源由3节干电池串联而成，电源电压为4.5V，
所以电路最小电流为：I_最小===0.25A，
当滑动变阻器连入电路电阻为0时，只有灯泡接入电路，电流最大，
所以电路最大电流为：I_最大===0.75A．
（3）如果选择0～3A量程，最大电流为0.75A，不会达到电流表的中线位置，所以选择0～0.6A量程，注意滑动变阻器不能滑到阻值为0．
电源电压为4.5V，如果选择0～15V量程，不会达到电压表中线位置，所以电压表选择0～3V量程．
当达到电流表最大值0.6A时，灯泡两端电压为：U_L=I_LR_X=0.6A×6Ω=3.6V，超过0～3V的最大量程，会损坏电压表，电流表满量程，不符合题意．
当电压表达到最大值3V时，灯泡电流为：I_L′===0.5A，0.5A＜0.6A，电流表量程合适，符合题意．
滑动变阻器电压为：U₁=U-U_L′=4.5V-3V=1.5V，
所以滑动变阻器最小电阻为：R₁===3Ω．
当电流表的示数为0.3A时（电流表在中线位置），灯泡电压为：U_L''=I_L''R_X=0.3A×6Ω=1.8V，电压表在中线和最大值之间，符合题意．
滑动变阻器的电压为：U₂=U-U_L''=4.5V-1.8V=2.7V，
滑动变阻器的最大电阻为：R₂===9Ω．
当电压表的示数为1.5V时（电压表在中线位置），灯泡电流为：I₂===0.25A＜0.3A（电流表中线位置），不符合题意．
所以，滑动变阻器可以连入最大阻值9Ω．
（4）电流表选择0～0.6A量程，电压表选择0～3V量程，滑动变阻器已经选定下面接线柱，任意选择上面接线柱．
从电源正极开始，依次串联开关、灯泡、电流表、滑动变阻器到电源负极，补全电流路径，电压表与灯泡并联，如图．

（5）灯泡电压增大时，灯丝温度升高，电阻增大，设计电阻平均值是错误的．
故答案为：（1）R=；如电路图；（2）0.25～0.75A；（3）0-0.6A；0～3V；3～9Ω；大变小；（4）如实物图；（5）电阻的平均值温度．
分析：（1）伏安法测电阻的原理：R=，
电压表与灯泡并联测灯泡电压，电流表与灯泡串联测灯泡电流，滑动变阻器串联在电路中保护电路．
（2）电路中最大电流是滑动变阻器连入电路的阻值为0，只有待测灯泡接在电源上，由电源电压和灯泡电阻，求出电路电流最大值．
电路中最小电流是滑动变阻器连入电路阻值最大，求出总电阻，又知道电源电压，求出电路最大电流．
（3）由电路电流的范围和至少达到电流表的中线位置，确定电流表的量程，
由电源电压和至少达到电压表的中线位置，确定电压表的量程．
当滑动变阻器连入电阻最小时，当电流表示数最大，电压表示数最大，最大为满量程．
当电流表示数最大时，
如果电压表的指针在中线和最大值之间，根据最大电流值和灯泡电阻求灯泡电压，求滑动变阻器电压，求滑动变阻器最小电阻．
如果电压表的指针超过3V时，可以确定灯泡两端最大电压为3V，求出滑动变阻器电压，再求出灯泡电流，求滑动变阻器的最小电阻．
当滑动变阻器连入电路的电阻增大时，电路电流减小，灯泡电流减小，灯泡电压减小，电流表和电压表的示数不能小于中线位置，
当电流表示数为0.3A（电流表中线位置）时，利用灯泡的电阻，求出灯泡的电压，如果在电压表的中线和最大值之间，符合题意．
如果小于电压表的中线位置，可以确定灯泡两端的电压为1.5V（电压表中线位置），利用灯泡电阻求出灯泡电流，再求出滑动变阻器的电压，可以求出滑动变阻器的最大电阻．
闭合开关前，滑片处于最大阻值处，然后调节滑片，减小滑动变阻器连入电路的阻值，改变灯泡两端的电压和通过的电流．
（4）根据电路图画实物图，从电源正极开始，依次串联各元件，最后把电压表并联在灯泡两端．
连接过程中，注意电压表、电流表的量程，正负接线柱，连接方式．注意滑动变阻器选择一上一下接线柱．
注意：电路图和实物图中滑动变阻器接入的部分要相对应．
（5）灯泡在不同电压下，灯丝温度不同，灯丝电阻不同，求电阻平均值无意义．
点评：本题主要关注以下几个类型：
（1）电路电流的变化范围．
（2）为了准确测量电压和电流值，要求指针至少达到中线以上，如何确定电压表和电流表的量程．
（3）实验为了防止损坏电压表和电流表，在确定滑动变阻器的取值范围时，同时兼顾电压表和电流表．