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20.小功同学在测标有“2.5V”字样的小灯泡功率实验时,他的电路已经连成如图甲所示.

(1)请你用笔画线代替导线,帮他把电路补充完整,要求滑动变阻器滑片向右移动时灯泡发光变暗,连线不能交叉.
(2)图乙是根据实验数据绘制成的I-U图象.当P在某位置时,电压表示数为1.5V,灯泡电阻为10Ω;要使灯正常发光,应将滑片P向B端(选填“A”或“B”)移动,灯泡的额定功率为0.5W.
(3)完成上述实验后,小亮看到滑动动变阻器的铭牌模糊不清,于是想测量变阻器的最大阻值Rx.他从实验室找来一个阻值已知为R0的定值电阻替换了灯泡.同时撤去了发生故障的电流表,并利用余下器材(电压未知的电源、量程合适的电压表、滑动变阻器、开关各一个.导线),在不改动电压表位置及其连线的情况下,很快测出了Rx的大小.
①请把你设计的电路图画在图丙虚线框内.
②简述实验过程中要测量的物理量并用相应字母表示:
(a)将滑动变阻器的滑片调到a端阻值为零处,记下电压表的示数U;
(b)将滑动变阻器的滑片调到b端阻值最大处,记下电压表的示数U0
③Rx=$\frac{U-{U}_{0}}{{U}_{0}}{R}_{0}$(用已知量和测量量表示).

分析 (1)根据题意确定滑动变阻器的接法,根据实验原理连接实物电路图.
(2)根据图象中电流与电压的对应关系,利用R=$\frac{U}{I}$计算灯丝电阻灯泡的亮度决定于灯泡的实际功率;要使灯泡正常发光,两端电压必须达到额定电压;已知灯泡的额定电压和对应的电流,利用公式P=UI计算灯泡的额定功率;
(3)没有电流表,使已知定值电阻R0与滑动变阻器串联,找电流相等,电路不能重组,要测出电源电压,把电压表与定值电阻R0并联,可以把滑动变阻器滑到阻值为0,测电源电压,滑动变阻器滑到阻值最大,找电流相等,列出等式求解.

解答 解:(1)向右调节滑片,灯泡变暗,则应把滑动变阻器的左下接线柱与电流表串联,灯泡的额定电压为2.5V,电压表量程为0-3V,电压表并联在灯泡两端;由题意可知电流表量程为0-0.6A,实物电路图如图所示:

(2)由图象知,当灯泡两端电压为1.5V时,通过的电流为0.15A,所以灯丝电阻为R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.5V}{0.15A}$=10Ω;
因为灯泡两端的实际电压低于额定电压,所以灯泡的实际功率小于额定功率,灯泡发光较暗;要使灯泡正常发光,需要升高灯泡两端电压达到额定电压,所以应将滑动变阻器滑片向B端移动;
已知灯泡的额定电压为U=2.5V,由图线知,此时的电流为I=0.2A,所以灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.2A=0.5W.
(3)如图,

无电流表,定值电阻R0与滑动变阻器串联,电压表与定值电阻R0并联,滑片在a端阻值为0时,电压表测电源电压U,滑片滑到b端最大阻值处时,电压表测定值电阻R0两端电压U0,此时定值电阻与滑动变阻器电流相等,所以$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U{-U}_{0}}{{R}_{X}}$;所以RX=$\frac{U-{U}_{0}}{{U}_{0}}{R}_{0}$.
故答案为:(1)如上图;(2)10;B;0.5;(3)①如上面电路图;②(a)将滑动变阻器的滑片调到a端阻值为零处,记下电压表的示数U;(b)将滑动变阻器的滑片调到b端阻值最大处,记下电压表的示数U0;③$\frac{U-{U}_{0}}{{U}_{0}}{R}_{0}$.

点评 没有电压表,利用定值电阻和电流表以及其他元件测量电阻的阻值时,一般设计成并联电路,找电压相等列等式求出被测电阻;没有电流表,利用电压表和定值电阻以及其他元件测量电阻的阻值时,一般设计成串联电路,找电流相等列等式求出被测电阻.

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实验次数123
U/N3.02.5
I/A0.260.24
R/Ω11.510.4
 R的平均值
(2)电路正常后开始实验.前两次的实验数据已填在上面的表格内,第三次实验时电流表和电压表的示数如上图乙所示,请将表格中的空白处填写完整.
(3)通过分析实验数据发现:小灯泡的电阻是变化的,其原因是灯丝的电阻随温度的升高而增大.
(4)实验结束,同学们交流、总结时提出:a:利用此实验也可以测出小灯泡的额定功率.小楠很快算出了小灯泡的额定功率为0.6W;b:记录数据的表格设计有问题,你认为问题是设计了求R的平均值一栏.

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