Question

15．小東同學手里有一個標有“3.8V”字樣小燈泡，他想知道小燈泡正常工作時的電阻，于是在學校實驗室找來一些器材連接了如圖甲所示的實驗電路，電源電壓恒定不變．

（1）小東測小燈泡電阻的實驗原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物連接完整（要求滑片向左移燈泡變亮）．
（3）閉合開關，移動滑動變阻器滑片，他發(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，調節(jié)滑動變阻器使小燈泡正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，示數(shù)為0.38 A，小燈泡正常工作時的電阻是10Ω．
（5）完成上述實驗后，小東向老師要了一個已知阻值為R₀的定值電阻和一個單刀雙擲開關，借助部分現(xiàn)有的實驗器材，設計了如圖18-丙所示的實驗電路，測出了小燈泡的額定功率，請你幫她完成下列實驗步驟：
①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”），移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V；
②保持滑片的位置不動，再將開關S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”），讀出電壓表的示數(shù)U；
③小燈泡額定功率的表達式為P_額=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和測量量表示）．

Answer 1

分析 （1）伏安法測電阻的原理是歐姆定律的變形式R=$\frac{U}{I}$；
（2）滑動變阻器按一上一下的原則串聯(lián)在電路中，根據(jù)滑片向左移燈泡的亮度即可判斷滑動變阻器應接入的接線柱；
（3）電流表有示數(shù)說明電路通路，電壓表無示數(shù)且燈泡不亮，說明電壓表并聯(lián)部分短路；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律I=$\frac{U}{R}$的變形公式R=$\frac{U}{I}$求出小燈泡正常工作時的電阻；
（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，
然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：（1）伏安法測電阻是一種間接測量法，要測小燈泡的電阻，應測出小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流，
然后根據(jù)歐姆定律的變形公式求出小燈泡的電阻，故測小燈泡電阻的實驗原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）滑動變阻器要按“一上一下”的方式串聯(lián)接入電路，滑片向左移時燈泡會變亮，
說明此時滑動變阻器接入電路中的電阻減小，故將滑動變阻器的左下接線柱與燈泡的右接線柱連接即可，如下圖所示：

（3）閉合開關，移動滑動變阻器滑片，發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，
說明電壓表并聯(lián)部分短路，即小燈泡短路．
（4）電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.38A，
燈泡正常發(fā)光時的電壓為3.8V，
由I=$\frac{U}{R}$得，小燈泡正常工作時的電阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω．
（5）①根據(jù)電路圖連接電路，閉合開關S₁、將開關S₂撥到觸點2，調節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為3.8V．
②保持滑動變阻器滑片位置不變，再將開關S₂撥到觸點1，讀出電壓表示數(shù)U．
③此時定值電阻R₀兩端的電壓U₀=U-U_額=U-3.8V，
電路中的電流：I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$
則小燈泡額定功率：P=U_額I=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；
（2）如上圖；
（3）燈泡短路；
（4）0.38；10；
（5）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了連接實物電路、電路故障分析、實驗操作、電表讀數(shù)、求燈泡功率、實驗設計等；對電表讀數(shù)時要先確定其量程與分度值，然后再讀數(shù)，讀數(shù)時視線要與電表刻度線垂直；
最后一問：實驗設計是本題的難點，知道實驗原理、應用串聯(lián)電路特點與歐姆定律即可正確解題．