Question

15．在“測量小燈泡功率”的實驗中，小燈泡的額定電壓為2.5V，正常發(fā)光時的電阻約為10Ω．

（1）連接電路的過程中，滑動變阻器的滑片應(yīng)滑到B端（選填“A”或“B”）．
連接好電源，閉合開關(guān)，小燈泡發(fā)光，但電壓表示數(shù)為0，經(jīng)檢查，圖甲中a，b，c，d四根導(dǎo)線有一根斷了，則該導(dǎo)線是b（填寫字母）．
（2）排除故障后，閉合開關(guān)，測量小電燈額定功率，移動變阻滑的滑片P，眼睛應(yīng)先注視電壓表的示數(shù)，然后讀出另一電表示數(shù)，當(dāng)小電燈正常發(fā)光時，電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小電燈的額定功率為3W．
（3）在小燈泡正常發(fā)光時，再將滑片P向B端移動到另一位置，則小電燈的實際功率小于（選填“大于”、“小于”或“等于”）額定功率．
【拓展應(yīng)用】實驗完成后，小明利用電壓表和阻值為R₀的定值電阻要測量這個小燈泡正常發(fā)光時的電阻R_L．他選擇了滿足實驗要求的實驗器材，并連接了部分實驗電路，如圖丙所示．
（1）為了測量出R_L的阻值，請只添加兩條導(dǎo)線完成圖所示的實驗電路的連接；
（2）請把小明的實驗步驟補充完整：
①斷開開關(guān)S₂、閉合開關(guān)S₁、S₃，移動滑動變阻器的滑片P，使電壓表的示數(shù)為2.5V；保持滑動變阻器的滑片位置不變，斷開開關(guān)S₃、閉合開關(guān)S₂，記錄電壓表的示數(shù)為U₁；
②請用R₀及實驗數(shù)據(jù)表示出R_L．R_L=$\frac{2.5V×{R}_{0}}{{U}_{1}-2.5V}$．

Answer 1

分析 （1）為保護電路安全，閉合開關(guān)時滑片要置于阻值最大處；根據(jù)電路現(xiàn)象分析圖示電路圖，找出哪根電線斷了．
（2）實驗時應(yīng)注意觀察電壓表示數(shù)，由圖示電流表確定其量程與分度值，讀出其示數(shù)，然后由P=UI求出燈泡額定功率．
（3）根據(jù)滑片的移動方向判斷滑動變阻器接入電路的阻值如何變化，然后應(yīng)用串聯(lián)電路特點判斷燈泡兩端電壓如何變化，判斷燈泡實際功率如何變化．
拓展應(yīng)用：
（1）當(dāng)燈泡電壓等于額定電壓時，燈泡正常發(fā)光，要測燈泡正常發(fā)光時的電阻，首先知道應(yīng)用電壓表測燈泡兩端的電壓、用電流表測燈泡中的電流，由圖可知：只有電壓表，沒有電流表，則要借助已知定值電阻求得燈泡的電流，那么為了讓燈泡和定值電阻的電流相同，則應(yīng)采取串聯(lián)的方式，電壓表應(yīng)先測量燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端的實際電壓為額定電壓值，然后再直接或間接測出定值電阻的兩端的電壓，據(jù)此分析完成實驗電路．
（2）因為要測燈泡正常發(fā)光時的電阻，則實驗時首先應(yīng)讓燈泡電壓等于額定電壓時，即應(yīng)讓電壓表先測燈泡兩端的電壓且移動滑動變阻器的滑片P使電壓表的示數(shù)等于燈泡的額定電壓．然后在保持滑動變阻器的滑片位置不變的條件下，再用電壓表測出定值電阻兩端的電壓．最后可根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點求出R_L的表達式．

解答 解：（1）為保護電路安全，連接電路的過程中，滑動變阻器接入電路的阻值應(yīng)為滑動變阻器最大阻值，由圖示電路圖可知，滑動變阻器的滑片應(yīng)滑到B端．
連接好電源，閉合開關(guān)，小燈泡發(fā)光，說明電路不存在斷路，電壓表示數(shù)為0，說明電壓表不能連接在電路中，并沒有與燈泡并聯(lián)，連接電壓表與燈泡兩端的導(dǎo)線發(fā)生斷路，由圖示電路圖可知，如果導(dǎo)線c斷了，電路將斷路，燈泡不發(fā)光，因此導(dǎo)線b斷了．
（2）閉合開關(guān)，測量小電燈額定功率，移動變阻滑的滑片P，眼睛應(yīng)先注視電壓表的示數(shù)；
由圖示電路圖可知，電流表量程為0～3A，由圖乙所示電流表可知，電流表分度值為0.1A，示數(shù)為1.2A，燈泡額定功率P=UI=2.5V×1.2A=3W．
（3）在小燈泡正常發(fā)光時，再將滑片P向B端移動到另一位置，由圖示電路圖可知，滑動變阻器接入電路的阻值變大，滑動變阻器兩端電壓變大，與滑動變阻器串聯(lián)的燈泡兩端電壓U變小，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可知，燈泡實際功率變小，小電燈的實際功率小于額定功率．
拓展應(yīng)用：
（1）通過分析可知：燈泡和定值電阻串聯(lián)，電壓表應(yīng)先測量燈泡兩端的電壓，使燈泡兩端的實際電壓為額定電壓值，然后再測量定值電阻的兩端的電壓．分析圖可以看出開關(guān)的閉合與斷開，電壓表先測燈泡兩端電壓，再測燈泡與定值電阻兩端電壓，如圖：


（2）①斷開開關(guān)S₂，閉合開關(guān)S₁、S₃，移動滑動變阻器的滑片P，為了使燈泡兩端的實際電壓為額定電壓值，所以使電壓表的示數(shù)為2.5V；保持滑動變阻器的滑片位置不變，斷開開關(guān)S₃，閉合開關(guān)S₂，記錄電壓表的示數(shù)為U₁；
②由于燈泡和定值電阻串聯(lián)，燈泡正常發(fā)光時，定值電阻兩端的電壓為：U₀=U₁-U_L額=U₁-2.5V，
由于電路中的電流為I=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{{U}_{1}-2.5V}{{R}_{0}}$，
由I=$\frac{U}{R}$可知，燈泡電阻：R_L=$\frac{{U}_{L額}}{I}$=$\frac{{U}_{L額}}{\frac{{U}_{1}-2.5V}{{R}_{0}}}$=$\frac{{U}_{L額}{R}_{0}}{{U}_{1}-2.5V}$=$\frac{2.5V×{R}_{0}}{{U}_{1}-2.5V}$；
故答案為：（1）B；b；（2）電壓；3；（3）小于；
拓展應(yīng)用：$\frac{2.5V×{R}_{0}}{{U}_{1}-2.5V}$．

點評 （1）本題考查在沒有電流表，利用電壓表和定值電阻以及其他元件測量電阻的阻值時實驗的測量方法，一般是設(shè)計成串聯(lián)電路，找電流相等列等式求出被測電阻．
（2）明確此題的實驗原理、試驗方法；就能了解測量燈泡正常發(fā)光時的電阻時，應(yīng)先調(diào)節(jié)滑動變阻器，使燈泡電壓達到額定電壓；保持滑動變阻器不變，用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，由歐姆定律求出流過電路的電流，最后由歐姆定律求出燈泡的電阻．