Question

18．圖甲是小明研究小燈泡電阻的實驗電路圖，圖乙是據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的U-I圖．小燈泡標有“2V”字樣，滑動變阻器R標有“20Ω 1A”字樣：
（1）閉合開關(guān)前，小明應(yīng)將滑動變阻器的滑片移到b端．該實驗中，滑動變阻器的作用是保護電路和調(diào)節(jié)燈泡兩端的電壓；
（2）小明閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)燈不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，故障原因可能是燈泡短路；
（3）小燈泡正常發(fā)光時，燈絲的電阻為4Ω；
（4）同桌小華將燈泡替換成未知電阻，想測出未知電阻Rx的阻值，實驗過程中發(fā)現(xiàn)電壓表已經(jīng)損壞而無法使用，在不改變電路連接的情況，他仍然完成了實驗，請寫出實驗步驟及所測的物理量和符號：
①．閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片調(diào)至a端，讀出電流表的示數(shù)I₁
②．將滑動變阻器的滑片調(diào)至b端，讀出電流表的示數(shù)I₂
③用題目中所給及所測的物理量符號寫出Rx的表達式：Rx=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$•R．

Answer 1

分析 （1）閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動變阻器的滑片移到最大值處；為使燈泡正常發(fā)光需使其電壓等于額定電壓；
（2）燈泡不亮，可能是由于燈泡短路或燈泡斷路或燈泡之外電路存在斷路造成的；
電流表有示數(shù)說明電路不存在斷路；電壓表無示數(shù)，可能是電路存在斷路或燈泡短路造成的，綜合分析可知，電路故障是燈泡短路造成的；
（3）由圖乙所示U-I圖象找出燈泡額定電壓對應(yīng)的電流，然后由歐姆定律求出燈泡的電阻；
（4）電阻Rx與滑動變阻器串聯(lián)，調(diào)節(jié)滑片在兩端，根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律可計算出Rx的值．

解答 解：
（1）為了保護電路，閉合開關(guān)前，小明應(yīng)將滑動變阻器的滑片移到阻值最大處即b端；
實驗中，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器使燈泡兩端電壓達到額定電壓而正常發(fā)光，所以滑動變阻器的作用是保護電路和調(diào)節(jié)燈泡兩端的電壓；
（2）閉合開關(guān)后發(fā)現(xiàn)燈不亮，電流表有示數(shù)，說明電路中是通路，電壓表無示數(shù)，故障原因可能是與之并聯(lián)的燈泡短路；
（3）由圖乙所示U-I圖象可知，燈泡額定電壓U=2V，對應(yīng)的電流I=0.5A，
所以燈絲電阻：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（4）電壓表已經(jīng)損壞而無法使用，在不改變電路連接的情況，電流表還可以使用，且知道滑動變阻器的最大阻值，則實驗步驟為：
①閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片調(diào)至a端，讀出電流表的示數(shù)I₁；
則電源電壓為：U=I₁R_X；
②將滑動變阻器的滑片調(diào)至b端，讀出電流表的示數(shù)I₂；
則：U=I₂（R_X+R）；
③電源電壓不變，聯(lián)立兩式可得：I₁R_X=I₂（R_X+R），
解得：Rx=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$•R．
故答案為：（1）b；調(diào)節(jié)燈泡兩端的電壓；
（2）燈泡短路；
（3）4；
（4）①閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片調(diào)至a端，讀出電流表的示數(shù)I₁；
②將滑動變阻器的滑片調(diào)至b端，讀出電流表的示數(shù)I₂；
③$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$•R．

點評 本題考查了滑動變阻器的作用及使用注意事項、電路故障分析、求燈泡電阻及燈泡功率，由U-I圖象找出燈泡電壓與對應(yīng)的電流是關(guān)鍵．