Question

11．小麗同學(xué)手里有一個(gè)標(biāo)有“3.8V”字樣小燈泡，她想知道小燈泡正常工作時(shí)的電阻，于是在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室找來一些器材連接了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路，電源電壓恒定不變．
（1）小麗測(cè)小燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲中的實(shí)物連接完整（要求滑片向左移燈泡變亮），并在虛線框內(nèi)畫出電路圖．
（3）閉合開關(guān)，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，其故障原因是燈泡短路．
（4）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示，示數(shù)為 0.38A，小燈泡正常工作時(shí)的電阻是10Ω．
（5）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小麗向老師要了一個(gè)已知阻值為R₀的定值電阻和一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，借助部分現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)了如圖丙所示的實(shí)驗(yàn)電路，測(cè)出了小燈泡的額定功率，請(qǐng)你幫她完成下列實(shí)驗(yàn)步驟：
①連接好實(shí)驗(yàn)電路，閉合開關(guān)S₁，將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)2（選填“1”或“2”），移動(dòng)滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V
②保持滑片的位置不動(dòng)，再將開關(guān)S₂撥到觸點(diǎn)1（選填“1”或“2”），讀出電壓表的示數(shù)為U
③小燈泡額定功率的表達(dá)式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測(cè)量量表示）

Answer 1

分析 （1）測(cè)燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)原理是歐姆定律．
（2）由滑片向左移動(dòng)燈泡變亮可知電路中的電流應(yīng)變大，根據(jù)變阻器的使用即可應(yīng)將變阻器滑片右邊的電阻連入電路，據(jù)此連接實(shí)物圖，畫出電路圖．
（3）常見電路故障有斷路與短路兩種，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因．
（4）由圖示電流表讀出其示數(shù)，然后由R=$\frac{U}{I}$求出燈泡阻值．
（5）由丙圖可知：沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測(cè)出此時(shí)定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計(jì)算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）測(cè)出燈泡電壓U與通過燈泡的電流I，由R=$\frac{U}{I}$可以求出燈泡電阻．
即伏安法測(cè)燈泡電阻的原理是：R=$\frac{U}{I}$．
（2）測(cè)燈泡電阻實(shí)驗(yàn)，變阻器應(yīng)串聯(lián)在電路中，由滑片向左移動(dòng)燈泡變亮可知電路中的電流應(yīng)變大，根據(jù)變阻器的使用即可應(yīng)將變阻器滑片右邊的電阻連入電路，實(shí)物電路圖如圖所示：

電路圖如下：

（3）燈泡不亮，可能是燈泡發(fā)生短路或電路存在開路造成的，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，電壓表無示數(shù)，說明與電壓表并聯(lián)的燈泡電路出現(xiàn)短路，因此其故障原因是：燈泡短路．
（4）由甲圖可知，電流表量程為0～0.6A，由乙圖電流表可知，其分度值為0.02A，示數(shù)為0.38A，
由I=$\frac{U}{R}$得：燈泡阻值為R=$\frac{{U}_{額}}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω．
（5）①根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關(guān)S₁、S₂接2，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V，燈泡正常發(fā)光．
②保持滑動(dòng)變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)U，此時(shí)電壓表測(cè)燈泡和R₀兩端的電壓．
③根據(jù)串聯(lián)電路的電流、電壓特點(diǎn)可得，通過燈泡的電流：I=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$‘燈泡額定功率：P=U_額I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；（2）如上圖；（3）燈泡短路；（4）10；
（5）①2；3.8； ②1；  ③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了連接實(shí)物電路圖、實(shí)驗(yàn)故障分析、實(shí)驗(yàn)操作、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等；對(duì)電表讀數(shù)時(shí)要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)視線要與電表刻度線垂直；最后一問：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是本題的難點(diǎn)，知道實(shí)驗(yàn)原理、應(yīng)用串聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律即可正確解題