Question

1．初三某班同學到實驗室做“測量小燈泡功率”的分組實驗．待測小燈泡的額定電壓為2.5V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：
A．電源E（電壓為6V）B．電流表A（0～0.6A，0～3A）
C．電壓表（0～3V，0～15V）D．滑動變阻器R₁（5Ω，0.3A）
E．滑動變阻器R₂（50Ω，0.5A）F．滑動變阻器R₃（500Ω，1A）
G．開關S，導線若干

（1）在圖甲的虛線框內(nèi)畫出本實驗應該采用的實驗電路圖；
（2）實驗應該選用的最合適的滑動變阻器是E（填器材代號）；
（3）經(jīng)檢查無誤后，閉合開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到某一位置，電流表和電壓表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡兩端電壓為1.8V，流過小燈泡的電流是0.22A，此時小燈泡的電阻是8.18Ω（結(jié)果保留二位小數(shù)）；
（4）改變滑動變阻器的阻值，多次測量通過小燈泡的電流和它兩端的電壓，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，小明畫出小燈泡中電流隨其兩端電壓變化的關系圖象如圖丙，根據(jù)圖象提供的信息，小燈泡的額定功率為0.625W．
（5）同學們完成實驗后，發(fā)現(xiàn)某實驗小組在完成本實驗中電路出現(xiàn)故障．請你根據(jù)故障現(xiàn)象和檢測結(jié)果，在下表的空格內(nèi)寫出發(fā)生故障的原因．

故障現(xiàn)象	檢測結(jié)果	發(fā)生故障的原因
燈泡不亮，電壓表示數(shù)較大，電流表幾乎無示數(shù)．	取下燈泡，電壓表和電流表的示數(shù)均不變．	燈斷路

（6）曉紅還想用原實驗器材測量電阻絲R_x的阻值（約20Ω），她用電阻絲替換小燈泡，閉合開關后發(fā)現(xiàn)電流表已損壞，其他器材完好．請在圖丁方框中畫出測電阻絲R_x阻值的電路圖，簡述主要的實驗步驟并寫出電阻R_x最后表達式．
①將滑動變阻器的滑片移至B端，記錄電壓表的示數(shù)為U₁；②將滑動變阻器的滑片移至A端，記下電壓表的示數(shù)為U₂，R_x=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}{-U}_{2}}$．．

Answer 1

分析 （1）掌握測量小燈泡電功率的電路圖畫法，電流表串聯(lián)在電路中，電壓表與燈泡并聯(lián)，滑動變阻器調(diào)節(jié)燈泡的電壓和電流并保護電路；
（2）根據(jù)電源電壓及小燈泡的額定電壓和電阻值，計算出滑動變阻器的最大阻值進行判斷；
（3）確定電壓表和電流表的量程和分度值，讀出電流、電壓值，根據(jù)公式$\frac{U}{I}$計算出電阻值；
（4）從圖象中確定額定電壓及對應的電流值，根據(jù)公式P=UI計算出額定功率．
（5）常見的電路故障有：斷路與短路，根據(jù)電路故障現(xiàn)象分析電路故障原因．
（6）滑動變阻器的最大阻值已知，滑動變阻器和被測電阻串聯(lián)，讓滑動變阻器全部接入和不接入，來改變電路的電阻，完成電流表的兩次測量，利用兩次電路的電源電壓相等，列出等式，解出R_x．

解答 解：（1）要測量小燈泡的額定功率，需測出額定電壓和電流，所以還要有滑動變阻器調(diào)節(jié)燈泡兩端的電壓，電路如圖所示：；
（2）由已知條件知，電源電壓為6V，小燈泡的額定電壓為2.5V，所以滑動變阻器兩端的電壓為U=6V-2.5V=3.5V
燈泡正常發(fā)光時的電路大約為I=$\frac{{U}_{額}}{{R}_{L}}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
所以滑動變阻器的最大阻值最小為R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω，由滑動變阻器的規(guī)格知，可選擇規(guī)格為50Ω，0.5A的變阻器；
（3）由圖乙知，根據(jù)題意，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，所以示數(shù)為0.22A；
電壓表量程應為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為1.8V；
則R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.8V}{0.22A}$≈8.18Ω；
（4）由圖象知，當電壓為2.5V時，電流表示數(shù)為0.25A，所以P=UI=2.5V×0.25A=0.625W．
（5）如果燈泡斷路，則燈泡不亮，電路斷路，電流表指針幾乎不動，電壓表與電源兩極相連，測電源電壓，電壓表示數(shù)較大，取下燈泡，電壓表與電流表示數(shù)不變，則電路故障是燈泡斷路．
（6）實驗步驟：①將滑動變阻器的滑片移至B端，記錄電壓表的示數(shù)為U₁；②將滑動變阻器的滑片移至A端，記下電壓表的示數(shù)為U₂．
因為電源的電壓不變，所以U₁=$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$（R_x+R₀），解得：R_x=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}{-U}_{2}}$．
故答案為：（1）如上圖所示；（2）E（或R₂）；（3）1.8；0.22；8.18；（4）0.625；（5）燈斷路；（6）①將滑動變阻器的滑片移至B端，記錄電壓表的示數(shù)為U₁；②將滑動變阻器的滑片移至A端，記下電壓表的示數(shù)為U₂；$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}{-U}_{2}}$．

點評 此題是“測量小燈泡功率”的實驗，考查了有關電路圖的畫法，滑動變阻器規(guī)格的選擇，涉及到了串聯(lián)電路電流、電壓的關系及歐姆定律，同時考查了電阻和電功率的計算．