Question

13．實驗室有蓄電池（電壓為6V）一個，開關一個，導線若干．另外還有可供選擇的以下器材：A．電流表（0-0.6A，0-3A）；B．電壓表V₁（0-3V，0-15V）；C．電壓表V₂（0-3V，0-15V）；D．定值電阻R₁（20Ω）；E．定值電阻R₂（500Ω）；F．滑動變阻器（0-10Ω）；G．滑動變阻器（0-50Ω）；H．滑動變阻器（0-1KΩ）．
為了測量一個額定電壓是2.5V、正常工作時電阻約為8Ω的小燈泡的額定功率，小明連接的電路如圖甲所示．檢查電路時，發(fā)現(xiàn)有一根導線連接錯誤，請在連接錯誤的導線上大“×”，并補畫出正確的連線．

（1）若沒有發(fā)現(xiàn)連線錯誤，閉合開關，會出現(xiàn)燈泡不亮（或：電流表無示數(shù)；電壓表的指針指向最大刻度右側）現(xiàn)象（寫出一種即可）
（2）小明在實驗電路中選用G滑動變阻器最合適．（填寫器材前面的字母）
（3）小明正確連接電路后進行測量，當移動滑動變阻器滑片P到某處時，電壓表的示數(shù)為2.2V，要測量小燈泡的額定功率，應將滑片向左．（填“左”或“右”）端移動．當電壓表示數(shù)為2.5V時，電流表的示數(shù)如圖乙所示，這時通過小燈泡的電流為0.32A．小燈泡的額定功率是0.8W．
（4）實驗中，小明還記錄了多組小燈泡的電壓及對應電流的數(shù)值．分析后他發(fā)現(xiàn)，當小燈泡兩端的電壓增大時，燈絲的電阻變大（填“變大”、“變小”或“不變”），產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是燈絲電阻隨溫度的升高而增大．
（5）小明家有一電熱毯，銘牌上標有“220V，**W”的字樣，其中額定功率值不清，約40W～60W之間．現(xiàn)在實驗室有下列實驗器材：小明還想利用實驗室的器材測量出電熱毯的額定功率，根據(jù)學過的物理知識，小明認為只要測量出電熱毯的電阻的阻值R_X，就可計算出它的額定功率．
①為了追準確的測量RX，應選擇的實驗器材器BCEH（填寫器材前面的字母）．
②在虛線方框中畫出實驗電路圖，
③根據(jù)實驗電路圖，計算電阻絲阻值的表達式為：R=$\frac{{U}_{1}{R}_{2}}{{U}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）電壓表串聯(lián)在電路中，會造成電路中幾乎沒有電流，用電器不工作，電壓表示數(shù)幾乎等于電源電壓；
（2）根據(jù)串分壓的知識結合歐姆定律求出燈泡正常發(fā)光時變阻器的阻值，得出結論；
（3）燈泡兩端的電壓低于額定電壓，為使其正常發(fā)光，應減小滑動變阻器的阻值；
（4）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；
（5）①由電功率公式可以求出電烙鐵的電阻，然后根據(jù)該電阻阻值與實驗所給實驗器材根據(jù)實驗原理選擇所需實驗器材．可以將滑動變阻器和電熱毯串聯(lián)，用兩個電壓表分別測量其電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓關系求解，這樣選擇器材有：滑動變阻器H、兩個電壓表和定值電阻E；
②設計電路：將滑動變阻器、定值電阻和電烙鐵串聯(lián)，用兩個電壓表V₁和V₂分別測量定值電阻和電烙鐵的電壓；
③根據(jù)電路圖要測量的物理量有定值電阻的分壓U₀和電烙鐵的分壓U_x，根據(jù)串聯(lián)電路的分壓關系求解．

解答 解：應將電壓表與電阻并聯(lián)，如圖所示：

（1）由圖知，電壓表串聯(lián)在電路中，由于其阻值很大，所以此時電路中幾乎沒有電流，電流表無示數(shù)，燈泡不發(fā)光，電壓表選擇小量程，電源電壓超過該量程，所以電壓表的指針會指向最大刻度的右側；
（2）燈泡正常發(fā)光時變阻器兩端的電壓U_滑=6V-2.5V=3.5V；
根據(jù)串聯(lián)電路的電流相等可知，$\frac{{U}_{燈}}{{R}_{燈}}$=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$，
即$\frac{2.5V}{8Ω}$=$\frac{3.5V}{{R}_{滑}}$，解得R_滑=11.2Ω＞10Ω，所以應選擇G；
（3）燈泡兩端的電壓為2.2V，低于額定電壓2.5V，所以應減小滑動變阻器的阻值，將滑片向左端移動，才能使燈泡正常發(fā)光；
根據(jù)圖乙可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.32A，則燈泡的電功率為P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（4）由于燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，燈絲兩端的電壓越大，通過的電流越大，燈泡的電功率越大，燈絲的溫度越高，其電阻越大；
（5）①電烙鐵的電功率約為：40W～60W，由R=$\frac{{U}^{2}}{P}$可知，電烙鐵電阻約為：807歐姆～1210歐姆，電源電壓為6V，沒有電流表，實驗不能用伏安法測出電烙鐵的電阻，可以應用串聯(lián)電路特點求出電烙鐵電阻，將滑動變阻器和電烙鐵串聯(lián)，用兩個電壓表分別測量其電壓，然后由串聯(lián)電路特點求出電烙鐵電阻，電烙鐵電阻約為：807歐姆～1210歐姆，則定值電阻選E，滑動變阻器應選擇H，需要的實驗器材為BCEH．
②設計電路：將滑動變阻器、定值電阻和電烙鐵串聯(lián)，用兩個電壓表V₁和V₂分別測量電烙鐵和定值電阻的電壓U₁和U₂；如圖所示：

③測出電烙鐵的分壓U₁和定值電阻的電壓U₂，R₂
串聯(lián)電路電流相等，I=$\frac{{U}_{1}}{R}$=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$，則R=$\frac{{U}_{1}{R}_{2}}{{U}_{2}}$；
故答案為：見上圖；（1）燈泡不亮（或：電流表無示數(shù)；電壓表的指針指向最大刻度右側）；（2）G；（3）左；0.32；0.8；（4）變大；燈絲電阻隨溫度的升高而增大；（5）①BCEH；②電路圖如上所示；③$\frac{{U}_{1}{R}_{2}}{{U}_{2}}$．

點評 本題是測量電功率的實驗，考查了實驗電路的連接、器材的選擇、變阻器的應用、燈絲電阻與溫度的關系及測量實驗的設計．（5）是本題的難點，注意的是由于電阻值很大，所以不能通過測量電流和電壓得出電阻值，應根據(jù)串分壓的知識進行分析．