Question

7．小麗同學手里有一個標有3.8V字樣的小燈泡，她想知道小燈泡正常工作時的電阻，于是在學校實驗室找來一些器材，連接了如圖1所示的實驗電路，電源電壓恒定不變．
（1）請你寫出小麗測電阻的實驗原理R=$\frac{U}{I}$．
（2）請你用筆畫線代替導線，將圖中的實物連接完整（要求滑片向左移，燈泡變亮）．
（3）閉合開關，移動滑動變阻器滑片，她發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，電壓表無示數(shù)，其故障原因是燈泡短路．
（4）故障排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器使小燈泡正常發(fā)光，此時電流表示數(shù)為0.38A，小燈泡正常工作時的電阻是10Ω．
（5）完成以上實驗后，小麗向老師要了一個已知阻值為R₀的定值電阻和一個單刀雙擲開關，借助部分現(xiàn)有的器材，設計了如圖2所示的實驗電路，測出了小燈泡的額定功率，請你幫助她完成下列實驗步驟：
①連接好實驗電路，閉合開關S₁，將開關S₂撥到觸點2（選填“1”或“2”）移動滑片，使電壓表的示數(shù)為3.8V．
②保持滑片的位置不動，再將開關S₂撥到觸點1（選填“1”或“2”）讀出電壓表的示數(shù)U．
③小燈泡額定功率的表達式為P_額=$\frac{3.8V（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

Answer 1

分析 （1）測電阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；
（2）由滑片向左移動燈泡變亮可知電路中的電流應變大，根據(jù)變阻器的使用即可應將變阻器滑片右邊的電阻連入電路，據(jù)此連接實物圖，畫出電路圖．
（3）電流表有示數(shù)說明電路通路，電壓表無示數(shù)且燈泡不亮，說明電壓表并聯(lián)部分短路；
（4）根據(jù)電流表的量程和分度值讀出示數(shù)，燈泡正常發(fā)光時的電壓和額定電壓相等，根據(jù)歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時的電阻；
（5）由圖可知：沒有電流表的情況下，利用定值電阻和電壓表代替電流表與燈泡串聯(lián)，首先使燈泡兩端的電壓等于3.8V，然后測出此時定值電阻兩端的電壓，便可求出電路中的電流，根據(jù)P=UI計算出燈泡的額定電功率．

解答 解：
（1）測燈泡電阻實驗的原理是：R=$\frac{U}{I}$；
（2）測燈泡電阻實驗，變阻器應串聯(lián)在電路中，由滑片向左移動燈泡變亮可知電路中的電流應變大，根據(jù)變阻器的使用即可知，將滑動變阻器左下接線柱A連入電路，實物電路圖如圖所示：

（3）閉合開關，移動滑動變阻器滑片，發(fā)現(xiàn)燈泡始終不亮，電流表有示數(shù)，說明電路是通路，電壓表無示數(shù)，說明電壓表并聯(lián)部分短路，即燈泡短路；
（4）燈泡正常發(fā)光時的電壓為3.8V，電流表的示數(shù)為0.38A，
則燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{38V}{0.38A}$=10Ω；
（4）①燈泡的額定電壓為3.8V，閉合開關S₁、S₂接2，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表示數(shù)為3.8V，燈泡正常發(fā)光；
②保持滑動變阻器滑片位置不變，S₂接1，讀出電壓表示數(shù)U．
③由串聯(lián)電路特點和歐姆定律可得通過燈泡的電流：
I=I_R=I₀=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
燈泡額定功率：P=U_額I=$\frac{3.8V（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；（2）見上圖；（3）燈泡短路；（4）10；（5）2；3.8；1；$\frac{3.8V（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

點評 本題考查了伏安法測電阻的原理和實物電路圖的連接、電路故障的判斷、歐姆定律的應用等．最后一問實驗設計是本題的難點，關鍵是能利用電壓表與已知阻值的電阻結(jié)合，根據(jù)電路特點達到測電流的目的．