Question

10．如圖甲是小明研究小燈泡電阻的實驗電路圖．圖乙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪的U-I圖．小泡標有“2V”字樣，滑動變阻器R標有“20Ω 1A”字樣．

（1）閉合開關(guān)前，小明應(yīng)將滑動變阻器的滑片移到b端．該實驗中，滑動變阻器的作用是保護電路和改變燈泡兩端電壓
（2）小明閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)燈不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，故障原因可能是燈泡短路
（3）小燈泡正常發(fā)光時，燈絲的電阻為4Ω．
（4）同桌小華想用小明的實驗器材測未知電阻的阻值，但他發(fā)現(xiàn)電壓表已經(jīng)損壞而無法使用，經(jīng)過思考后，他從物理老師那里借來了一只定值電阻R．、兩只開關(guān)和若干導線．
①請你利用小華手邊現(xiàn)有的器材，在圖丙所示的虛線框中為小華設(shè)計一個測量未知電阻阻值的實驗電路圖（部分電路已畫出）；
②寫出Rz的表達式：Rz=$\frac{IR}{{I}_{X}}$．

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)前，滑動變阻器處于最大阻值處，保護電路；移動滑片能改變電路總電阻，改變電路電流，能改變燈泡兩端電壓．
（2）燈不亮的故障可能是燈泡斷路或短路；燈泡短路，電路電阻減小，電路電流增大，電流表示數(shù)增大，電壓表測導線電壓，示數(shù)為0；燈泡斷路，電路斷路，電路無電流，電流表示數(shù)為0，電壓表串聯(lián)在電路中測電源電壓；
（3）從圖象中找到燈泡在2V下的電流，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$計算電阻；
（4）電壓表損壞，只有電流表，利用已知定值電阻與未知電阻并聯(lián)，兩個開關(guān)單獨控制一個支路，電流表在干路上，當一個支路獨立工作時，測該支路電流．找電壓相等列等式求解．

解答 解：
（1）滑動變阻器接左半段，滑動變阻器滑片在b端接入電阻最大；滑動變阻器在電路中保護電路，最主要的是通過改變連入電路的電阻，來改變電路電流，來改變燈泡兩端電壓；
（2）燈泡不亮，電流表有示數(shù)，電路通路；電壓表無示數(shù)，電壓表短路，所以燈泡短路；
（3）由圖象知燈泡2V下的電流為0.5A；所以R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（4）①把已知定值電阻R與未知電阻R_Z并聯(lián)，每個支路各有一個開關(guān)單獨控制，電流表在干路上，單獨閉合一個支路，分別測R 與R_Z中的電流I和I_X，即可計算出待測電阻的阻值，電路圖如下：；
②根據(jù)并聯(lián)電路電壓相等，所以，IR=I_xR_Z，
所以，R_Z=$\frac{IR}{{I}_{X}}$．
故答案為：（1）b；改變電路電阻從而改變L兩端電壓；（2）燈泡短路；（3）4Ω；（4）①電路圖如上所示；②$\frac{IR}{{I}_{X}}$．

點評 沒有電壓表，利用定值電阻和電流表以及其他元件測量電阻的阻值時，一般設(shè)計成并聯(lián)電路，找電壓相等列等式求出被測電阻；沒有電流表，利用電壓表和定值電阻以及其他元件測量電阻的阻值時，一般設(shè)計成串聯(lián)電路，找電流相等列等式求出被測電阻．