Question

3．如圖是測量“小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)（小燈泡上標(biāo)有“2.5V”的字樣）．已知電源是兩節(jié)新的干電池．
（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線補(bǔ)畫甲圖實(shí)物電路；（原有導(dǎo)線不許改動(dòng)，導(dǎo)線不許交叉）
（2）正確連接電路，閉合開關(guān)后，小燈泡不亮，電流表幾乎無示數(shù)、電壓表有示數(shù)（等于3V），原因是燈泡斷路．
（3）排除故障后，實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)為2V，為了測額定功率應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片P向C（選填“C”或“D”）端移動(dòng)．
（4）當(dāng)小燈泡正常發(fā)光時(shí)，電流表的示數(shù)如乙圖所示，則小燈泡的額定功率是0.75W．
（5）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明想用原電路測量一段電阻絲R_x的阻值（約10Ω）．他用電阻絲替換了燈泡，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表已損壞，將其拆除，不改變其它電路元件連接方式，小明也完成了實(shí)驗(yàn)．請你簡述實(shí)驗(yàn)步驟并寫出計(jì)算R_x的最后表達(dá)式．（已知滑動(dòng)變阻器的最大阻值為R₀）
實(shí)驗(yàn)步驟：閉合開關(guān)，使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最�。�為零），記下電流表的示數(shù)I₁；將滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大，記下電流表示數(shù)I₂．
表達(dá)式：R_x=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$R₀．

Answer 1

分析 （1）本實(shí)驗(yàn)中，電流表、滑動(dòng)變阻器、燈泡應(yīng)串聯(lián)，電壓表測燈泡兩端電壓，由此連接實(shí)物；
（2）電路故障一般是斷路或短路，根據(jù)兩電表示數(shù)分析電路的故障可能原因；
（3）燈泡兩端電壓由2V增大到2.5V，燈泡電流要增大，需要減小電路電阻，減小滑動(dòng)變阻器的電阻；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值確定電流表的示數(shù)，再利用P=UI求出燈泡的額定功率；
（5）滑動(dòng)變阻器的最大阻值已知，滑動(dòng)變阻器和被測電阻串聯(lián)，讓滑動(dòng)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）測量“小燈泡額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，電流表、滑動(dòng)變阻器、燈泡應(yīng)串聯(lián)，電壓表與燈泡并聯(lián)測燈泡兩端電壓，由此補(bǔ)畫出實(shí)物連接如圖所示：

（2）發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，電流表示數(shù)為零，可能是電路出現(xiàn)了斷路，電壓表指針偏轉(zhuǎn)示數(shù)為電源電壓，說明電壓表到電源間是通路，所以故障可能是燈泡斷路造成的；
（3）要使燈泡兩端的電壓從2V增加到2.5V，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器滑片P向C端移動(dòng)，以減小電路中的電阻，增大電流，從而提高燈泡兩端電壓，使其為2.5V，保證燈泡正常發(fā)光；
（4）電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，電流表的示數(shù)為0.3A；
燈泡的額定功率為P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
（5）被測電阻R_X與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電路中，電流表串聯(lián)在電路中，
滑動(dòng)變阻器的電阻為零時(shí)，只有被測電阻R_X接入電路，測得電流為I₁，電源電壓為I₁R_X，
滑動(dòng)變阻器的電阻最大為R₀時(shí)，R₀與R_X串聯(lián)，測得電路電流為I₂，電源電壓為I₂（R₀+R_X），
所以，I₁R_X=I₂（R₀+R_X），
所以，R_X=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$R₀．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡斷路；（3）C；（4）0.75；
（5）實(shí)驗(yàn)步驟：閉合開關(guān)，使滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最�。�為零），記下電流表的示數(shù)I₁；
將滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值最大，記下電流表示數(shù)I₂．
表達(dá)式：R_X=$\frac{{I}_{2}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$R₀．

點(diǎn)評 本題考查了實(shí)物連接、電路故障判斷、實(shí)驗(yàn)操作、電表讀數(shù)、功率計(jì)算以及特殊方法測電阻，在電壓表或電流表缺少時(shí)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器最大電阻已知時(shí)，采用滑動(dòng)變阻器和被測電阻串聯(lián)．滑動(dòng)變阻器的阻值最大和最小時(shí)，完成兩次測量，根據(jù)U=IR，求出電源電壓，利用兩次過程的電源電壓相等，列出等式，解被測電阻R_X．