Question

某班同學(xué)到實驗室做“測定小燈泡額定功率”的實驗．被測小燈泡的額定電壓為3.8V，電阻約為10Ω．實驗室有如下器材：電源（電壓為6V）、電流表（0～0.6A  0～3A）、電壓表（0～3V  0～15V）、開關(guān)各一只，導(dǎo)線若干，滑動變阻器兩只：R₁（5Ω  0.5A）、R₂（10Ω  0.5A）．同學(xué)們設(shè)計的電路如圖1所示，但不知電壓表的另一接線柱是接在電流表的哪一側(cè)．

（1）請你設(shè)計一種方案補充電路圖并完成實物圖．
（2）滑動變阻器應(yīng)選用

 

（選填“R₁”、“R₂”）；
（3）老師告訴小星，電流表和電壓表是有電阻的，假設(shè)沒有兩只電表，小燈泡在0.3A時正常發(fā)光，現(xiàn)在按你設(shè)計的圖形將電流值也調(diào)到0.3A，測得電功率是偏大還是偏小呢？

 

．原因是

 

．
（4）小明用圖2來研究通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體電阻的關(guān)系．他第一次實驗用的定值電阻的阻值為R₁，閉合開關(guān)后，記下電流表的示數(shù)為I₁．他第二次實驗僅將定值電阻的阻值換為2R₁，閉合開關(guān)后，記下電流表的示數(shù)為I₂，結(jié)果發(fā)現(xiàn)I₂＜I₁，但I₂≠

I2

2

，由此，他認為電流跟電阻不成反比．你如何評價小明的結(jié)論？

 

．
（5）如圖3中，在不知道電源電壓的情況下，能夠利用已知電阻R₀測出未知電阻R_x阻值的電路圖是

 

（選填：“甲”、“乙”或“丙”）．

Answer 1

分析：（1）滑動變阻器、電流表串聯(lián)在電路中，電壓表并聯(lián)在電路中，故該題有兩種接法，即電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，或電壓表并聯(lián)在燈泡和電流表的兩端均可，在實物圖中應(yīng)特別注意正負接線柱及電壓表及電流表量程的選擇．
（2）由燈泡的額定電壓確定電壓表的量程．燈泡與滑動變阻器串聯(lián)在約為6V的電源上，燈泡正常工作時，求得滑動變阻器電壓，求得燈泡正常工作時的電流，即滑動變阻器電流，根據(jù)R=UI計算需要的滑動變阻器的最小電阻．滑動變阻器最大電阻稍大于電路中需要的電阻．滑動變阻器允許通過的最大電流大于電路中的最大電流．
（3）由于電阻串聯(lián)有分壓作用，電阻并聯(lián)有分流作用，且電流表也有電阻，故從電流表有電阻的角度結(jié)合上述知識分析即可解決．
（5）在探究電流和電阻的關(guān)系時，需保持電阻兩端的電壓不變．
（6）根據(jù)各圖結(jié)合串并聯(lián)電路電流、電壓的關(guān)系，判斷是否能得出被測電阻兩端的電壓和電流．

解答：解：（1）這里有兩種接法，如下圖，在連接時應(yīng)注意電路圖和實物圖的對應(yīng)，且由于燈泡的額定電壓是3.8V，故電壓表選用大量程，同理據(jù)燈泡的電阻約為10Ω可知，此時燈泡正常工作時的電流約為I=

U

R

=

3.8V

10Ω

=0.38A，故電流表應(yīng)選小量程；
（2）燈泡正常工作時，電路電流約為0.38A，滑動變阻器兩端電壓為：U′=U-U_L=6V-3.8V=2.2V．
所以滑動變阻器電阻為：R′=

U′

I

=

2.2V

0.38A

=≈5.8Ω，所以滑動變阻器應(yīng)選R₂（10Ω  0.5A）；
（3）將電流值也調(diào)到0.3A時，測得電功率是不準確的；圖1中偏��；因為電流表測出的0.3A電流等于通過燈泡的電流和通過電壓表的電流之和，則通過燈泡電流比0.3A�。�
圖2中偏大；因為電流是準確的，但所測電壓是電流表和燈泡的總電壓，比燈泡兩端電壓大．

（5）電流與電阻成反比的前提條件是電壓不變，小明在第二次實驗時沒有調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，保持電壓表的讀數(shù)不變，所以得出的結(jié)論錯誤；
（6）甲圖測出R_x的電流，但不知其兩端的電壓，所以不可以測出其電阻；
乙圖通過V₂可測出Rx兩端的電壓，通過V₁示數(shù)和R₀可以計算出電路中的電流，所以可以測出R_x的阻值；
丙圖只能測出其兩端的電壓，但不知通過R_x的電流，所以不能測出電阻值．
故答案為：（1）見上圖；（2）R₂；（3）偏小（或偏大）；電流表測出的0.3A電流等于通過燈泡的電流和通過電壓表的電流之和，則通過燈泡電流比0.3A小（或測得的電流是準確的，但所測電壓是電流表和燈泡的總電壓，比燈泡兩端電壓大）；（4）結(jié)論是錯誤的．原因是他在第二次實驗時沒有調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，保持電壓表的讀數(shù)不變；（5）乙．

點評：此題是伏安法測電阻的實驗，一是電壓表、電流表的正確使用；二是歐姆定律的靈活運用；三是電路故障的判斷；四是控制變量法的應(yīng)用及對伏安法測電阻的理解．