Question

20．張皓同學(xué)做“測定小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的電路圖如圖甲所示，小燈泡所標(biāo)示的額定電壓為2.5V．

（1）張皓同學(xué)按甲圖連好電路如圖甲所示，閉合開關(guān)前，他應(yīng)將滑片P移到滑動(dòng)變阻器的最左（選填“左”或“右”）端；
（2）接著檢查電路連接，他發(fā)現(xiàn)有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)了，請(qǐng)你在甲圖中在應(yīng)改動(dòng)的導(dǎo)線上打“×”，并用筆畫線代替導(dǎo)線畫出正確的接法；
（3）改正連接后，他閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表有示數(shù)，電壓表示數(shù)為0，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P可以改變電流表的示數(shù)，那么電路的故障原因是：小燈泡短路；
（4）排除故障后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，畫出了小燈泡的電流隨電壓變化的圖象如圖乙所示，由圖象可知小燈泡的額定功率是0.75W；
（5）由步驟（5）知小燈泡的電流隨電壓變化的圖象不是一條直線，他結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程分析得知，形成的原因是：燈絲電阻隨溫度的變化而變化．
（6）張皓同學(xué)又設(shè)計(jì)了兩種測量定值電阻R_x阻值的實(shí)驗(yàn)電路方案，方案中定值電阻的阻值為R₀．
①方案一：閉合開關(guān)S，如果電壓表V₁和V₂的讀數(shù)分別為U_l和U₂，則電阻R_x的阻值表達(dá)式為R_x=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}}$．
②方案二：電路中R_x≠R₀，將S接到a，讀出電流表的示數(shù)I₁；再將S接到b，讀出電流表的I₂；由I₁R₀=I₂R_x可得R_x=I₁R₀/I₂．請(qǐng)判斷結(jié)果是否正確并簡要說明理由：不正確，沒有控制R_x和R_o兩端的電壓相等．

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)前，滑到變阻器連入電路中的電阻最大；
（2）電壓表并聯(lián)在燈和變阻器的兩端了；
（3）電流表有示數(shù)，說明電路為通路；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P可以改變電流表的示數(shù)，說明變阻器沒有問題；發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電壓表示數(shù)為0，說明可能小燈泡短路了；
（4）根據(jù)圖乙找出額定電壓對(duì)應(yīng)的電流，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（5）燈的電阻隨隨溫度的變化而變化；
（6）①方案一中定值電阻與待測電阻串聯(lián)，已知定值電阻電壓與阻值，由歐姆定律可以求出電路電流，已知待測電阻兩端的電壓，由歐姆定律可以求出待測電阻的阻值；
②用等效替代法測待測電阻的電壓，但根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)開關(guān)S由a撥到b時(shí)，電阻R₀和R_X兩端的電壓不相等，故設(shè)計(jì)是不合理的溫度的變化而變化；

解答 解：（1）為保護(hù)電路，閉合開關(guān)前，滑到變阻器連入電路中的電阻最大，即滑片P移到滑動(dòng)變阻器的最左端；
（2）原圖中電壓表并聯(lián)在燈和變阻器的兩端了，應(yīng)將電壓表并聯(lián)在燈的兩端，如下圖所示：

（3）他閉合開關(guān)，電流表有示數(shù)，說明電路為通路；移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P可以改變電流表的示數(shù)，說明變阻器沒有問題；發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電壓表示數(shù)為0，說明可能小燈泡短路了，而導(dǎo)致電壓表并聯(lián)在一根導(dǎo)線兩端；
（4）在圖乙中，燈在額定電壓下對(duì)應(yīng)的電流為0.3A，燈的額定功率P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（5）因燈的電阻隨溫度的變化而變化，R=$\frac{U}{I}$，所以小燈泡的電流隨電壓變化的圖象不是一條直線；
（6）①流過電路的電流I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$，由歐姆定律得R_X的阻值R_X=$\frac{{U}_{2}}{I}=\frac{{U}_{2}}{\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}}=\frac{{{U}_{2}R}_{0}}{{R}_{1}}$．
②該方案不正確，因?yàn)椋涸诖��?lián)電路中，根據(jù)分壓原理，用電器兩端電壓與其阻值成正比，因R_x≠R₀，當(dāng)開關(guān)S由a撥到b時(shí)，電阻R₀和R_X兩端的電壓不相等，所以實(shí)驗(yàn)過程中沒有保持R_x和R₀兩端的電壓相等．
故答案為：（1）左；　
（2）如上圖所示；
（3）小燈短路；
（4）0.75；
（5）燈絲電阻隨溫度的變化而變化；
（6）①$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}}$；②不正確，沒有控制R_x和R_o兩端的電壓相等．

點(diǎn)評(píng) 本題測燈的功率和測定值電阻的大小，考查電路的連接、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、故障的分析、影響電阻大小的因素及對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估能力，知識(shí)點(diǎn)無多，綜合性強(qiáng)，有一定難度．