Question

7．小明通過實驗驗證小燈泡燈絲的阻值隨溫度變化的規(guī)律．
（1）小明完成的電路連接如圖甲所示，變化開關(guān)前滑動變阻器的滑片P應(yīng)置于左（選填“左”或“右”）端；
 （2）小明閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)，任意移動滑動變阻器的滑片，電壓表示數(shù)不變．經(jīng)檢查電路連接無誤且導(dǎo)線無接觸不良，產(chǎn)生這種故障原因是燈泡斷路；
（3）小明還想利用上述實驗裝置測量一段電爐絲的電阻R_x，可是連接電路時發(fā)現(xiàn)電流表已損壞不能繼續(xù)使用．他通過仔細思考設(shè)計了如圖乙所示的電路圖（電源電壓未知但保持不變，滑動變阻器的最大值已知為R₀）．請你幫助小明寫出主要的實驗過程及測量的物理量，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)寫出電爐絲電阻R_x的表達式．

Answer 1

分析 （1）為了保護電路，滑動變阻器在閉合開關(guān)前應(yīng)滑到電阻最大位置，從實物圖可知，滑阻接了右端下面接線柱，滑阻的滑片要移動到下面接線柱的另一側(cè)，阻值為最大，也就是左端；
（2）燈泡不亮，可能是燈泡斷路，或燈泡短路，或燈泡之外電路存在斷路；電流表無示數(shù)，說明電路存在斷路；電壓表有示數(shù)，說明電壓表與電源兩極相連，電壓表并聯(lián)電路之外不存在斷路；綜合分析可知，電路故障原因是燈泡斷路；
（3）可讓滑動變阻器調(diào)到最小、最大兩個位置，讀出電壓表讀數(shù)U₁、U₂，U₂就是待測電阻R_X的電壓，根據(jù)歐姆定律求出電流，然后用電壓除以電流就可計算待測電阻的阻值．

解答 解：（1）為了保護電路，滑動變阻器在閉合開關(guān)前應(yīng)滑到電阻最大位置，即最左端位置；
（2）將滑動變阻器的滑片調(diào)到接入最大電阻處，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈不亮，電壓表有示數(shù)，電流表無示數(shù)．則故障的原因可能是：燈泡斷路；
（3）具體實驗過程為：①閉合電路，先將滑動變阻器的滑片調(diào)到最左端，使滑動變阻器接入電路電阻為0，記下電壓表的示數(shù)U₁也就是電源電壓；
②再調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片到最右端，使得接入電路電阻為最大值R₀，記下電壓表的示數(shù)U₂，則此時電路電流為I=$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}$；
③待測電阻R_X=$\frac{{U}_{2}}{\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．
故答案為：（1）左；（2）燈泡斷路；（3）實驗過程：①閉合電路，先將滑動變阻器的滑片調(diào)到最左端，使滑動變阻器接入電路電阻為0，記下電壓表的示數(shù)U₁也就是電源電壓；
②再調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片到最右端，使得接入電路電阻為最大值R₀，記下電壓表的示數(shù)U₂．
測量物理量：U₁、U₂；表達式R_X=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}-{U}_{2}}$．

點評 本題考查利用電壓表和滑動變阻器來測量未知電阻的阻值，要讓滑阻和待測電阻串聯(lián)，利用滑阻的最大最小值和電壓表的兩次讀數(shù)來求未知電阻的阻值．