Question

12．某課外實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)想測(cè)出家用手電筒的燈泡正常工作時(shí)的電阻，實(shí)驗(yàn)器材有：電源（電壓4.5V）、開關(guān)、電壓表、電流表各一個(gè)，導(dǎo)線若干，額定電壓為2.5V的待測(cè)手電筒燈泡（電阻約為7Ω），滑動(dòng)變阻器兩個(gè)（A：“5Ω  2A”；B：“20Ω  0.5A”）．

（1）該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是R=$\frac{U}{I}$；實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)選用的滑動(dòng)變阻器是B（選填“A”或“B”）；
（2）如圖甲所示是實(shí)驗(yàn)電路圖，請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將實(shí)驗(yàn)電路連接完整（要求：滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，小燈泡亮度變暗）．
（3）該組同學(xué)連接完電路后，閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電流表、電壓表示數(shù)均很小，怎樣移動(dòng)滑片都不起作用，導(dǎo)致該故障的原因是將變阻器的下面兩個(gè)接線柱連入了電路．
（4）排除故障后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，若某時(shí)刻電壓表的示數(shù)如圖乙所示，此時(shí)小燈泡兩端電壓為2V；為了測(cè)定小燈泡正常工作時(shí)的電阻，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片向A（選填“A”或“B”）移動(dòng)．
（5）如圖丙所示是根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的小燈泡兩端的電壓與通過(guò)其的電流的關(guān)系圖象．從圖象可知，小燈泡正常工作時(shí)小燈泡的電阻是10Ω．
（6）該組同學(xué)完成實(shí)驗(yàn)后，又想測(cè)量一個(gè)額定電壓為3.8V的小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電阻，在檢查器材時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓表0～15V量程已經(jīng)損壞，0～3V量程還可以正常使用，在不添加器材的情況下，請(qǐng)幫該組同學(xué)提供一個(gè)合理的解決方案：
將電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端，移動(dòng)變阻器滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，記下電流表示數(shù)I′，根據(jù)歐姆定律求燈正常發(fā)光的電阻大�。�．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)歐姆定律求出燈的額定電流，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和歐姆定律求出變阻器連入電路中的電阻，確定變阻器的規(guī)格；
（2）根據(jù)滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，小燈泡亮度變暗確定變阻器的連接；
（3）閉合開關(guān)，電流表、電壓表示數(shù)均很小，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，說(shuō)明電路為通路且燈的電壓和通過(guò)的電流很小，電路中的電阻較大，怎樣移動(dòng)滑片都不起作用，據(jù)此分析導(dǎo)致該故障的原因；
（4）根據(jù)圖中電壓表選用的量程讀數(shù)，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律和分壓原理確定變阻器滑片移動(dòng)的方向；
（5）由小燈泡兩端的電壓與通過(guò)其的電流的關(guān)系圖象，找到額定電壓下的電流，根據(jù)歐姆定律求電阻大小；
（6）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，當(dāng)額定電壓為3.8V的小燈泡正常發(fā)光時(shí)，可求得變阻器分得的電壓，據(jù)此分析回答．

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理：R=$\frac{U}{I}$；
電源電壓4.5V，額定電壓為2.5V的燈泡，電阻約為7Ω，正常發(fā)光時(shí)的電流大小約為：
I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{7Ω}$≈0.36A＜0.5A，根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，變阻器分得的電壓U_滑=U_源-U=6V-2.5V=3.5V，根據(jù)歐姆定律的變形公式，變阻器連入電路中的電阻：
R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}=\frac{3.5V}{\frac{2.5V}{7Ω}}$=9.8Ω＞5Ω，故選用“20Ω 0.5A”的B變阻器；
（2）滑動(dòng)變阻器的滑片向右移動(dòng)時(shí)，小燈泡亮度變暗，即電流變小，電阻變大，故滑片右邊電阻絲連入電路中，如下所示：

（3）該組同學(xué)連接完電路后，閉合開關(guān)，電流表、電壓表示數(shù)均很小，發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，說(shuō)明電路為通路且燈的電壓和通過(guò)的電流很小，電路中的電阻較大，怎樣移動(dòng)滑片都不起作用，導(dǎo)致該故障的原因是：將變阻器的下面兩個(gè)接線柱連入了電路；
（4）排除故障后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，若某時(shí)刻電壓表的示數(shù)如圖乙所示，圖中電壓表選用小量程，分度值為0.1V，此時(shí)小燈泡兩端電壓為2V；燈在額定電壓2.5V時(shí)正常發(fā)光，向增大燈的電壓，由串聯(lián)電路電壓的規(guī)律應(yīng)減小變阻器的電壓，根據(jù)分壓原理，應(yīng)減小變阻器的電阻，故將滑動(dòng)變阻器的滑片向A移動(dòng)；
（5）根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的小燈泡兩端的電壓與通過(guò)其的電流的關(guān)系圖象可知，燈的電壓為2.5V時(shí)，通過(guò)的電流為0.25A，小燈泡正常工作時(shí)小燈泡的電阻：
R_L=$\frac{{U}_{L}}{{I}_{L}}=\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（6）根據(jù)串聯(lián)電路電壓的規(guī)律，當(dāng)額定電壓為3.8V的小燈泡正常發(fā)光時(shí)，變阻器分得的電壓：
U′滑=U-U′_L=6V-3.8V=2.2V＜3V，
故可將電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端．移動(dòng)變阻器滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，記下電流表示數(shù)I′，根據(jù)歐姆定律求燈正常發(fā)光的電阻大�。�
故答案為：（1）R=$\frac{U}{I}$；B；（2）如上所示；（3）將變阻器的下面兩個(gè)接線柱連入了電路；（4）2；A；
（5）10；（6）將電壓表并聯(lián)在變阻器的兩端，移動(dòng)變阻器滑片，當(dāng)電壓表示數(shù)為2.2V時(shí)，記下電流表示數(shù)I′，根據(jù)歐姆定律求燈正常發(fā)光的電阻大�。�

點(diǎn)評(píng) 本題燈泡正常工作時(shí)的電阻，考查實(shí)驗(yàn)原理、器材的選擇、電路的連接、反�，F(xiàn)象的分析、操作過(guò)程、電阻計(jì)算及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力．