Question

19．電學(xué)實驗考核時，提供如下器材：電壓為6V電源、額定電壓為2.5V的小燈泡、開關(guān)、規(guī)格為“50Ω 1A”的滑動變阻器、未知電阻R_x，導(dǎo)線、阻值已知的定值電阻若干．要求小明只利用這些器材完成相關(guān)實驗．
（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線將圖甲中的實物電路連接完整，要求連好后閉合開關(guān)即可進行“測量小燈泡電功率”實驗．
（2）連接電路后閉合開關(guān)，小明發(fā)現(xiàn)燈泡不亮，電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，則電路中發(fā)生的故障可能是小燈泡短路（選填“斷路”或“短路”）．
（3）排除故障后，移動滑片P使燈泡L正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定電功率是0.6W．

（4）完成該實驗后，要求繼續(xù)探究“電流與電阻的關(guān)系”．小明將甲圖中的小燈泡換成某定值電阻，并調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表的示數(shù)為2V不變，記錄電流表的示數(shù)．當(dāng)換接另一個定值電阻時，發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)如圖丙所示，接著他應(yīng)將滑動變阻器向左（選填“左”或“右”）滑動，直至電壓表示數(shù)達到2V為止．為能完成實驗，他更換定值電阻的阻值不能大于25Ω．
（5）小明利用圖甲實驗電路測量未知電阻R_x的阻值，當(dāng)他將R_x替換小燈泡接入電路時，突然發(fā)現(xiàn)電流表失靈．聰明的小明撤去電流表后，在不添加器材、不拆接電路的情況下，通過一步簡單的操作測定了R_x的阻值．請你寫出他的操作方法和計算R_x的表達式．
①操作方法：定值電阻R_x與變阻器串聯(lián)，電壓表與定值電阻R_x并聯(lián)，滑片滑到b端最大阻值處時，讀出電壓表示數(shù)為U_x．
②R_x=$\frac{{U}_{x}}{6V-{U}_{x}}$×50Ω（用所測得的物理量的符號表示）．

Answer 1

分析 （1）本實驗中，變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)接入電路中，電壓表測燈泡兩端電壓，由燈泡額定電壓確定電壓表量程；
（2）燈泡不亮可能是燈泡斷路或燈泡以外的地方斷路或燈泡短路，燈泡斷路時，電路斷路，電路中沒有電流，電流表無示數(shù)；燈泡短路，電流表有示數(shù)；
（3）電壓表測燈泡電壓，燈泡正常工作時，電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓，電流表讀數(shù)：確定使用的量程，確定每一個大格和每一個小格各代表多少．知道燈泡的額定電壓和額定電流，根據(jù)P=UI計算額定功率；
（4）探究“電流與電阻的關(guān)系”時應(yīng)保持電阻兩端電壓不變，由圖可知電壓表示數(shù)，根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理確定滑片的移動方向；根據(jù)滑動變阻器的最大值確定定值電阻的最大值；
（5）沒有電流表，使已知R_x與滑動變阻器串聯(lián)，電路不能重組，要測出電源電壓，把電壓表與定值電阻R_x并聯(lián)，可以把滑動變阻器滑到阻值為0，測電源電壓，滑動變阻器滑到阻值最大，根據(jù)分壓原理可計算出R_x的阻值．

解答 解：
（1）本實驗中，變阻器應(yīng)一上一下串聯(lián)接入電路中，電壓表測燈泡兩端電壓，燈泡額定電壓2.5V，所以電壓表應(yīng)使用0-3V量程．如圖所示：

（2）接電路后閉合開關(guān)，發(fā)現(xiàn)小燈泡不發(fā)光，電壓表無示數(shù)，電流表有示數(shù)，則電路中發(fā)生的故障可能是小燈泡短路；
（3）電壓表測燈泡電壓，燈泡正常工作時，電壓表示數(shù)為燈泡的額定電壓2.5V．
電流表使用的0～0.6A量程，每一個大格代表0.2A，每一個小格代表0.02A，電流為0.24A，
所以燈泡的額定功率：P=UI=2.5V×0.24A=0.6W；
（4）探究“電流與電阻的關(guān)系”時應(yīng)保持電阻兩端電壓不變，由圖可知電壓表示數(shù)為2.5V＞2V，應(yīng)減小定值電阻兩端電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理，應(yīng)將滑片左移，增大變阻器連入的阻值，以增大其分得電壓，從而減小定值電阻兩端電壓；
電源電壓為6V，所以U_滑=U-U_R=6V-2V=4V，
當(dāng)變阻器連入阻值最大時，定值電阻的阻值也最大，由串聯(lián)電路的分壓原理有：
$\frac{{U}_{R}}{{U}_{滑}}$=$\frac{R}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{2V}{4V}$=$\frac{R}{50Ω}$，解得：R=25Ω；
（5）如圖所示：

無電流表，定值電阻R_x與變阻器串聯(lián)，電壓表與定值電阻R_x并聯(lián)，滑片在a端阻值為0時，電壓表測電源電壓U，滑片滑到b端最大阻值處時，電壓表測定值電阻R_x兩端電壓U_x，
根據(jù)串聯(lián)電路的分壓原理有：
$\frac{{U}_{x}}{{U}_{滑}}$=$\frac{{R}_{x}}{{R}_{滑}}$，即：$\frac{{U}_{x}}{6V-{U}_{x}}$=$\frac{{R}_{x}}{50Ω}$，
R_x=$\frac{{U}_{x}}{6V-{U}_{x}}$×50Ω．
故答案為：（1）見上圖；（2）短路；（3）0.6；（4）左；25；
（5）定值電阻R_x與變阻器串聯(lián)，電壓表與定值電阻R_x并聯(lián)，滑片滑到b端最大阻值處時，讀出電壓表示數(shù)為U_x；$\frac{{U}_{x}}{6V-{U}_{x}}$×50Ω．

點評 本題考查了測功率、探究電流與電阻關(guān)系和特殊方法測電阻三個實驗，綜合性強，考查的知識點多，掌握各實驗的原理或探究方法是關(guān)鍵．