Question

5．小明在拆裝手電筒時(shí)，發(fā)現(xiàn)手電筒的小燈泡上標(biāo)有“3.8V”的字樣，但上面的電流值已經(jīng)模糊不清，他想通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量該燈泡正常發(fā)光時(shí)的電功率，圖1甲為他所連的實(shí)驗(yàn)電路．
（1）經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)電路接線有錯(cuò)誤，小雨只做了一處改動(dòng)就閉合開(kāi)關(guān)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)?jiān)谒�接錯(cuò)的導(dǎo)線上打上“×”，并改正．
（2）電路連接正確后好，閉合開(kāi)關(guān)后，發(fā)現(xiàn)燈泡不發(fā)光，電流表無(wú)示數(shù)，但電壓表示數(shù)接近電源電壓，則產(chǎn)生此故障的原因可能是燈泡處斷路．
（3）排除故障后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，小雨移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，當(dāng)電壓表的示數(shù)為3.8V 時(shí)，電流表的示數(shù)如圖1乙所示．則該小燈泡的額定電流為0.3A，正常發(fā)光時(shí)的功率為1.14W．

（4）在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，老師又出示了電阻R_x（大約1000歐），提問(wèn)能否用上述方法進(jìn)行測(cè)量該電阻的阻值．同學(xué)們分析得出上述方案不行，原因是：阻值太大，電流太小，無(wú)法測(cè)出．
（5）接著，小明與其他同學(xué)經(jīng)過(guò)討論，通過(guò)增加一電阻箱R（0～9999Ω 5A）、定值電阻R₀（200Ω 2A）、單刀雙擲開(kāi)關(guān)等器材，設(shè)計(jì)出了如圖2所示的方案，實(shí)驗(yàn)按下列步驟進(jìn)行，請(qǐng)將有關(guān)步驟填寫(xiě)完整，并回答相關(guān)問(wèn)題．
①第一步：按電路圖正確連接電路．
②第二步：將開(kāi)關(guān)S撥到a，記下電壓表示數(shù)為U₀．
③第三步：將開(kāi)關(guān)S撥到b，調(diào)節(jié)電阻箱，使得電壓表示數(shù)為U₀．
④讀出電阻箱的阻值大小，該阻值大小就是R_x的大小．此方案所涉及的思想方法是等效替代法．

Answer 1

分析 （1）滑動(dòng)變阻器依靠改變接入電路的電阻線的長(zhǎng)度改變電阻，連接方法是“一上一下”；
為使小燈泡正常發(fā)光，電源電壓必須大于或等于小燈泡的額定電壓；
（2）電壓表有示數(shù)，說(shuō)明與電壓表兩接線柱連接的電路是通路，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明電路斷路，據(jù)此分析故障的可能原因．
（3）讀取電流表示數(shù)時(shí)，首先要明確電流表選擇的量程和對(duì)應(yīng)的分度值；已知燈泡額定電壓和正常工作的電流，利用公式P=UI計(jì)算燈泡功率；
（4）在電源電壓一定時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流隨導(dǎo)體電阻的增大而減小，如果電路電流太小，電流表無(wú)法測(cè)量或測(cè)量誤差太大，距此分析能否測(cè)待測(cè)電阻阻值；
（5）由圖知，開(kāi)關(guān)分別接a或b時(shí)，待測(cè)電阻與電阻箱分別與定值電阻串聯(lián)，當(dāng)待測(cè)電阻阻值與電阻箱阻值相等時(shí)，電壓表示數(shù)相等，據(jù)此分析步驟；
阻值特別大的電阻Rx與滑動(dòng)變阻器如果串聯(lián)，由于電壓與電阻成正比，電源電壓基本都加在了電阻Rx兩端，用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動(dòng)變阻器，可以使電壓分配更合理，更便于測(cè)量．

解答 解：
（1）由實(shí)物圖知，滑動(dòng)變阻器上面的兩個(gè)接線柱同時(shí)接入了電路，此時(shí)移動(dòng)滑片，不能改變電路電流，必須要“一上一下”選擇接線柱；如下圖．

（2）燈泡不發(fā)光，電流表無(wú)示數(shù)，說(shuō)明某處發(fā)生了斷路，電壓表示數(shù)接近電源電壓，說(shuō)明與電壓表并聯(lián)的燈泡出現(xiàn)了斷路．
（3）電流表選擇的是0～0.6A量程，小燈泡正常工作的電流為I=0.3A，燈泡額定電壓為U=3.8V，所以燈泡額定功率P=UI=3.8V×0.3A=1.14W；
（4）電流與電阻成反比，電阻越大，電流越小，由于電阻R_X阻值太大，接入電路后，電路電流太小，無(wú)法測(cè)出電流；
設(shè)計(jì)電路如圖2所示，實(shí)驗(yàn)步驟：
①第一步：按電路圖正確連接電路．
②第二步：將開(kāi)關(guān)S撥到a，記下電壓表示數(shù)為U₀．
③第三步：將開(kāi)關(guān)S撥到b，調(diào)節(jié)電阻箱，使得電壓表示數(shù)為U₀．讀出電阻箱的阻值大小，該阻值大小就是R_x的大�。�
④用阻值很大的電阻箱和定值電阻代替滑動(dòng)變阻器，應(yīng)用的是探究實(shí)驗(yàn)的基本方法之一：等效替換法．
故答案為：
（1）電路圖如上；
（2）燈泡處斷路；
（3）0.3；1.14；     
（4）電流太小，無(wú)法精確測(cè)量；                         
（5）③電阻箱；U₀；④等效替代法．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電路連接、電路故障分析、電流表讀數(shù)、燈泡功率、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)和評(píng)估；涉及到的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)；第（5）題體現(xiàn)了研究物理問(wèn)題的基本方法----等效替換法，要熟練掌握．