Question

12．一實驗小組用如圖所示的器材探究“串聯(lián)電路的電壓關(guān)系”．用三節(jié)干電池串聯(lián)作電源，兩只規(guī)格不同的小燈泡：L₁、L₂，其中：L₁電阻值已知，L₂電阻值未知．
（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線，連接實驗電路．要求：L₁和L₂串聯(lián)，電壓表測量兩燈串聯(lián)的總電壓．
（2）為了保證電路的安全，連接器材時，開關(guān)應(yīng)斷開．
（3）小明用電壓表測量L₁兩端電壓時，直接選用0～3V的量程，小悅說這樣不行，規(guī)范的操作方法應(yīng)該是先選用0～15V的量程試觸，如果示數(shù)小于3V，再改用0～3V量程測量．
（4）在測量L₂兩端電壓時，兩燈突然熄滅，電壓表示數(shù)變?yōu)?，用電壓表檢測L₁兩端電壓，電壓表示數(shù)為電源電壓，出現(xiàn)此故障的原因可能是L₁斷路．
（5）他們排除故障后繼續(xù)實驗，得出一組實驗數(shù)據(jù)如表1．為了得出串聯(lián)電路電壓關(guān)系的普遍規(guī)律，他們還應(yīng)應(yīng)換用不同規(guī)格的器材（燈泡、電源）或加滑動變阻器，多次測量．
表1

L1兩端電壓/V	L2兩端電壓/V	串聯(lián)電路總電壓/V
1.5	3	4.5

（6）實驗結(jié)束，小明在整理實驗器材時提出一個探究設(shè)想：利用上面的器材來測量L₂的電阻．請幫他設(shè)計一下實驗方案，若有電路圖請畫出來．

Answer 1

分析 （1）依次將開關(guān)、燈泡L₁、L₂串聯(lián)進電路，因兩燈泡的總電壓為7.3V，故電壓表選大量程且與L₁、L₂并聯(lián)；
（2）為了保護電路，開關(guān)應(yīng)斷開；
（3）因為電源電壓大于3V，在測量電壓前，應(yīng)先用15V量程，測一下L₁兩端電壓，若電壓小于3V，再用3V量程；
（4）兩燈突然熄滅說明電路發(fā)生斷路，電壓表測量電源的電壓；
（5）分析表中實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論；為了得出普遍規(guī)律，應(yīng)更換不同的實驗器材，進行多次測量
（6）當兩個電阻串聯(lián)時，L₁電阻值已知，用電壓表可以測出電阻L₁兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出電流的大小，利用電壓表再測出電阻L₂兩端的電壓，根據(jù)R=$\frac{U}{R}$可以求出L₂電阻．

解答 解：（1）依次將開關(guān)、燈泡L₁、L₂串聯(lián)進電路，因兩燈泡的總電壓為7.3V，故電壓表選大量程且與L₁、L₂并聯(lián)，實物圖連接如下所示：
；
（2）在連接電路的過程中，為了保護電路，開關(guān)應(yīng)斷開；
（3）電流表和電壓表在使用時，如不能估計測量值的大小，應(yīng)采用試觸法選擇合適量程，即先選用0～15V的量程試觸，如果示數(shù)小于3V，再改用0～3V量程測量．
（4）兩燈突然熄滅，說明電路發(fā)生斷路，此時電壓表的示數(shù)為電源電壓，說明電壓表連接在電源的兩端，故是L₁斷路；
（5）由表中實驗數(shù)據(jù)可知，兩燈泡兩端電壓之和1.4V+3.1V=4.5V等于串聯(lián)總電壓，為了得出普遍規(guī)律，應(yīng)換用不同規(guī)格的器材（燈泡、電源）或加滑動變阻器，多次測量．
（6）當兩個電阻串聯(lián)時，L₁電阻值已知，用電壓表可以測出電阻L₁兩端的電壓U₁，根據(jù)歐姆定律求出電流的大小為：I=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{L1}}$，串聯(lián)電路中各處電流相同，則該電流為通過L₂的電流，利用電壓表再測出電阻L₂兩端的電壓U₂，根據(jù)R=$\frac{U}{I}$可以求出L₂電阻為：R_L2=$\frac{{U}_{2}}{\frac{{U}_{1}}{{R}_{L1}}}$=$\frac{{U}_{2}}{{U}_{1}}{R}_{L1}$，電路圖為：
．
故答案為：（1）如圖；（2）斷開；（3）先選用0～15V的量程試觸，如果示數(shù)小于3V，再改用0～3V量程測量；（4）L₁斷路；（5）應(yīng)換用不同規(guī)格的器材（燈泡、電源）或加滑動變阻器，多次測量；（6）如圖．

點評 本題對電路連接、故障排除以及多次實驗的目的進行考查，難點在與電路故障的排除，兩燈都熄滅，說明電路中有斷路的地方，用電壓表檢測L₁兩端的電壓，示數(shù)為電源電壓，說明電壓表和電源兩極連接的部分電路無斷路．