Question

14．小明測(cè)量額定電壓為4V的小燈泡的額定功率，使用4.5V的電源．
（1）如圖甲所示，是他連接的實(shí)驗(yàn)電路，其中有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)你在錯(cuò)誤的導(dǎo)線上畫(huà)“×”．
（2）電路連接正確后，閉合開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)電流表無(wú)示數(shù)，電壓表有示數(shù)，燈不亮，故障可能是燈泡斷路．
（3）排除故障后小明將滑片移到某處，電壓表的示數(shù)為3V，要測(cè)量小燈泡額定功率，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片向左移動(dòng)（選填“左”或“右”）．當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，此時(shí)電流表的指針位置如圖乙所示，可得出小燈泡的額定功率為1.2W．
（4）小明完成實(shí)驗(yàn)后，改變滑動(dòng)變阻器的阻值，記錄電流表、電壓表的幾組示數(shù)，算出幾組電阻值，并把求出的平均值作為小燈泡正常發(fā)光的電阻．同組的小亮認(rèn)為小明的方法是不正確的，原因是小燈泡的電阻隨溫度的變化而變化，不是一個(gè)定值．
（5）實(shí)驗(yàn)中電流表不小心損壞了，小明找來(lái)了一個(gè)10Ω的定值電阻R和一個(gè)開(kāi)關(guān)，利用圖丙所示的電路圖測(cè)出了小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，下面是他的實(shí)驗(yàn)步驟，請(qǐng)你幫他補(bǔ)充完整．
①按電路圖連接好電路，閉合S₁斷開(kāi)S₂，移動(dòng)滑片使電壓表示數(shù)為4V；
②保持滑片位置不變，閉合S₂斷開(kāi)S₁，用電壓表測(cè)出定值電阻R兩端電壓為U₀；
③計(jì)算出小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻R_燈=$\frac{4.5V{-U}_{0}}{{U}_{0}}$×80Ω（用含U₀的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 （1）分析電路的連接，找出錯(cuò)誤；
（2）若電流表示數(shù)為0，燈不亮，說(shuō)明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，則與電壓表并聯(lián)的燈泡斷路了；
（3）燈在額定電壓正常發(fā)光，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定滑片移動(dòng)的方向；根據(jù)電流表小量程讀數(shù)，根據(jù)P=UI求燈的額定功率；
（4）小燈泡的電阻隨溫度的變化而變化，不是一個(gè)定值；
（5）燈的電阻隨電壓的變化而變化，求小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，所以應(yīng)先使燈正常發(fā)光．
通過(guò)開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換，分別將燈與定值電阻連入電路中，先按電路圖丙連接好電路，閉合S₁斷開(kāi)S₂，移動(dòng)滑片使電壓表示數(shù)為4V，燈正常發(fā)光，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，可求出變阻器連入電路中的電阻的電壓；
保持滑片位置不變，閉合S₂斷開(kāi)S₁，用電壓表測(cè)出定值電阻R兩端電壓為U₀；
根據(jù)串聯(lián)電路電壓、電流的規(guī)律和歐姆定律可求出變阻器連入電路中的電阻大小，因滑片位置不動(dòng)，在第1次操作中，可由分壓原理求出燈正常發(fā)光時(shí)的電阻．

解答 解：（1）在原電路中，變阻器與燈泡并聯(lián)了，且電流表直接接在電源兩端了，這是錯(cuò)誤的，變阻器應(yīng)與燈串聯(lián)，電壓表應(yīng)并聯(lián)在燈的兩端；錯(cuò)誤連線如下圖所示：

（2）電流表無(wú)示數(shù)，燈不亮，說(shuō)明電路可能斷路；電壓表有示數(shù)，說(shuō)明電壓表與電源連通，則與電壓表并聯(lián)的支路以外的電路是完好的，所以故障可能是燈泡斷路了；
（3）排除故障后小明將滑片移到某處，電壓表的示數(shù)為3V，要測(cè)量小燈泡額定功率，應(yīng)增大燈的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，應(yīng)減少變阻器分得的電壓，根據(jù)分壓原理，要減小變阻器連入電路中的電阻，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片向左移動(dòng)；
當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，此時(shí)電流表的指針位置如圖乙，圖乙中電流表選用小量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，小燈泡的額定功率為P=UI=4V×0.3A=1.2W．
（4）小燈泡的電阻隨溫度的變化而變化，不是一個(gè)定值，取平均值沒(méi)有意義；
（5）①按電路圖連接好電路，閉合S₁斷開(kāi)S₂，移動(dòng)滑片使電壓表示數(shù)為4V；
②保持滑片位置不變，閉合S₂斷開(kāi)S₁，用電壓表測(cè)出定值電阻R兩端電壓為U₀；
③表達(dá)式的推導(dǎo)：
在第2次操作中，通過(guò)定值電阻的電流I=$\frac{{U}_{0}}{R}$，
由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器的電壓為U_滑=4.5V-U₀，
由串聯(lián)電路電流的規(guī)律和歐姆定律可得，
變阻器連入電路中的電阻大小為R_滑=$\frac{4.5V{-U}_{0}}{I}$=$\frac{4.5V{-U}_{0}}{\frac{{U}_{0}}{R}}$-----①，
因滑片位置不動(dòng)，在第1次測(cè)量中，U_燈=4V-----②
則此時(shí)變阻器的電壓為U_滑1=4.5V-4V=0.5V-----③，
根據(jù)分壓原理有：$\frac{{U}_{滑1}}{{U}_{燈}}=\frac{{R}_{滑}}{{R}_{燈}}$，R_燈=$\frac{{U}_{燈}}{{U}_{滑1}}$×R_滑 -----④
將①②③將代入④得：
R_燈=$\frac{4V}{0.5V}$×$\frac{4.5V{-U}_{0}}{\frac{{U}_{0}}{R}}$═$\frac{4.5V{-U}_{0}}{{U}_{0}}$×80Ω．
故答案為：（1）如上圖所示；
（2）燈泡斷路；
（3）左；1.2；
（4）小燈泡的電阻隨溫度的變化而變化，不是一個(gè)定值；
（5）①4；③$\frac{4.5V{-U}_{0}}{{U}_{0}}$×80．

點(diǎn)評(píng) 本題小明測(cè)量額定電壓為4V的小燈泡的額定功率，考查電路的連接、故障的分析、操作過(guò)程、影響電阻大小的因素，數(shù)據(jù)的處理及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，難度較大．