Question

12．在測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻的實驗中，選用的電源電壓為4.5V，小燈泡的額定電壓為2.5V，圖甲是未連接完整的實驗電路．

（1）請你用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲所示的實驗電路連接完整（要求滑動變阻器的滑片p向左移動時電流表的示數(shù)變�。�．
（2）閉合開關(guān)后，緩慢移動滑動變阻器的滑片P，同時觀察電壓表 （選填“電壓表”或“電流表”）示數(shù)的變化，當(dāng)電壓表的示數(shù)如圖乙所示時，其讀數(shù)為1.8V：若要測得小燈泡正常發(fā)光時的電阻，滑片P應(yīng)向右 （選填“左”或“右”）端移動．
（3）閉合開關(guān)，兩表均有示數(shù)，若將小燈泡從燈座中取走，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)（兩空均選填“有”或“無”）．
（4）電路正常后，改變滑片p的位置，獲得多組對應(yīng)的電壓、電流值，繪制了如圖丙所示的，I-U圖象（不計小燈泡電阻隨溫度的變化）．由圖象可知，小燈泡正常發(fā)光時的電阻是10Ω．
（5）空閑之余，小張換用另一未知電壓的新電源又做了幾次實驗，保持滑動變阻器滑片在某一位置不變時，有了新的發(fā)現(xiàn)：可以將電壓表改成直接讀出電阻值的歐姆表，請你幫他刻出5.0V處標為50Ω．

次數(shù)	1	2	3	4	5
電阻R/Ω	5	10	15	20
電壓U/V	2.0	3.0	3.6	4.0	5.0

Answer 1

分析 （1）根據(jù)要求滑動變阻器的滑片p向左移動時電流表的示數(shù)變小確定變阻器連接；
（2）根據(jù)燈在額定電壓下正常發(fā)光回答；由圖中電壓表小量程讀數(shù)；
要測量小燈泡正常發(fā)光時的電阻，需使小燈泡兩端的電壓等于額定電壓；根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律結(jié)合分壓原理判斷滑動變阻器滑片移動的方向；
（3）掌握斷路的概念及特點，若串聯(lián)電路發(fā)生斷路，則電路中不會有電流，用電器不工作，斷路處的電壓為電源電壓；
（4）根據(jù)圖象確定額定電壓下的電流，根據(jù)歐姆定律計算出電阻的阻值；
（6）根據(jù)滑動變阻器的阻值不變結(jié)合歐姆定律及串聯(lián)電路的電流、電壓特點得出5.0V時的電阻值．

解答 解：（1）要求滑動變阻器的滑片p向左移動時電流表的示數(shù)變小，電阻變大，故滑片以右電阻絲連入電路中，如下所示：

（2）燈在額定電壓下正常發(fā)光，緩慢移動滑動變阻器的滑片P，同時觀察電壓表示數(shù)的變化；
圖中電壓表小量程分度值為0.1V，電壓表示數(shù)為1.8V，燈泡兩端的電壓為1.8V，
要使燈泡兩端電壓由1.8增大到2.5V，變阻器的電壓要減小，根據(jù)分壓原理，滑動變阻器連入電路的部分減小，滑片向右端移動；
（3）實驗時閉合開關(guān)，兩表均有示數(shù)，若將小燈泡從燈座中取走，此時電路相當(dāng)于電壓表與滑動變阻器串聯(lián)，由于電壓表的電阻太大，電路中的電流幾乎為零，因此電流表無示數(shù)，而電壓表與電源連通，因此有示數(shù)（幾乎為電源電壓）．
（4）由圖象可知，燈的電流與電壓成正比，則燈的電阻為定值，當(dāng)小燈泡L正常發(fā)光時的電壓為2.5V，由圖象可知對應(yīng)的電流為0.25A；因此小燈泡正常發(fā)光時的電阻是R═$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（6）根據(jù)電源電壓和滑動變阻器的阻值不變，由表格中1、2數(shù)據(jù)知：根據(jù)歐姆定律、串聯(lián)電路的規(guī)律有：
$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}=\frac{U}{{R}_{1}{+R}_{滑}}$，即$\frac{2V}{5Ω}=\frac{U}{5Ω{+R}_{滑}}$①
$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}=\frac{U}{{R}_{2}{+R}_{滑}}$，即$\frac{3V}{10Ω}=\frac{U}{10Ω{+R}_{滑}}$②
聯(lián)立①②得
U=6V，R_滑=10Ω
當(dāng)電壓表示數(shù)U₅=5.0V時，
此時滑動變阻器兩端的電壓U_滑=U-U₅=6.0V-5.0V=1.0V，
電路中的電流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}=\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，
由I=UR得R=$\frac{U}{I}$，第5次定值電阻的阻值：
R₅=$\frac{{U}_{5}}{I}=\frac{5V}{0.1A}$=50Ω．
故答案為：（1）如上所示；（2）電壓表；1.8；右；（3）有；無；（4）10；（6）50．

點評 本題考查了實物圖的連接、滑動變阻器的使用、電壓表的讀數(shù)、電路故障的判斷、功率的計算及串聯(lián)電路的規(guī)律，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)知識在物理中的運用．有難度．