Question

19．小明用圖甲所示的電路測量額定電壓為2.5V的小燈泡電阻，圖乙是小明未完成連接的實驗電路．

（1）請你按照電路圖，用筆畫線代替導(dǎo)線，完成圖乙中實驗電路的連接．
（2）小明檢查電路連接正確，合上開關(guān)，可是無論怎樣移動滑片，燈泡不亮，電壓表示數(shù)總為3V不變，你認(rèn)為發(fā)生故障的原因可能是燈泡開路．清除故障后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器的滑片，使小燈泡剛好正常發(fā)光，此時電流表的示數(shù)如圖丙所示，電流表的讀數(shù)是0.3A，小燈泡的阻值是8.3Ω（小數(shù)點后保留一位）；實際上的電壓表和電流表是有電阻的，所以這樣測量的燈絲電阻值比真實值偏�。ㄟx填“偏大”、“偏小”或“相同”）
（3）小明又借來了實驗室的歐姆表（可以直接測量電阻的儀表）測量了燈絲電阻，結(jié)果比步驟（2）的測量值小很多，但老師卻肯定小明的兩次測量均正確．原來是兩燈絲溫度不同，導(dǎo)致了測量結(jié)果不同；并設(shè)計了如下實驗步驟，請幫他把缺少的步驟補全，并寫出R_x的表達(dá)式，實驗步驟：
A．按照設(shè)計的電路圖連接電路．
B．?dāng)嚅_S₂、閉合S₁記錄電流表示數(shù)為I₁．
C．?dāng)嚅_S₁，閉合S₂記錄電流表示數(shù)為I₂．表達(dá)式：R_x=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$（用已知和測量的物理量的符號表示）．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器要一上一下的連接，根據(jù)電源電壓確定電壓表的量程，據(jù)此補充電路圖；
（2）移動滑片，電壓表示數(shù)總為3V，說明電壓表測的是電源電壓，燈泡不亮，據(jù)此得出燈泡開路；
使小燈泡剛好正常發(fā)光，燈泡兩端的電壓等于額定電壓；讀出電流表的示數(shù)，利用R=$\frac{U}{I}$求燈泡電阻；
由圖知，采用電流表外接法，電壓測量準(zhǔn)確，測量的電流偏大，據(jù)此判斷測量值與真實值的關(guān)系；
（3）燈絲的電阻隨溫度的升高而增大；在沒有電壓表時，使定值電阻與待測電阻并聯(lián)，根據(jù)電流表和定值電阻的示數(shù)計算出電壓，然后根據(jù)公式R=$\frac{U}{I}$計算出其電阻．

解答 解：
（1）電源為兩節(jié)干電池串聯(lián)，電源電壓為3V，滑動變阻器要一上一下的連接，電路圖如圖所示：

（2）移動滑片，電壓表總示數(shù)為3V，說明電壓表測的是電源電壓，而燈不亮，說明燈泡開路．
清除故障后，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)變阻器的滑片，使小燈泡剛好正常發(fā)光，U=2.5V；電流表使用的是0.0.6A量程，分度值為0.02A，示數(shù)為0.3A，此時通過燈的電流I=0.3A，小燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.3Ω；
由圖知，采用電流表外接法，電壓測量準(zhǔn)確，測量的電流偏大，由歐姆定律可知計算的電阻值偏小；
（3）由于燈絲的電阻隨溫度的升高而增大，兩燈絲的溫度不同，測量的電阻相差較大，所以小明換用定值電阻做實驗．
實驗步驟：
A、按照設(shè)計的電路圖連接電路；
B、斷開S₂，閉合S₁記錄電流表示數(shù)為I₁；
C、斷開S₁，閉合S₂記錄電流表示數(shù)為I₂．
由圖示電路圖可知，斷開S₂，閉合S₁時，只有定值電阻接入電路，由I=$\frac{U}{R}$可知，電源電壓：U=I₁R₀，
由圖示電路圖可知，斷開S₁時，閉合S₂時只有待測電阻接入電路，由I=$\frac{U}{R}$可知，待測電阻阻值：
R_x=$\frac{U}{{I}_{2}}$=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．
故答案為：
（1）如圖所示；
（2）燈泡開路；0.3；8.3；偏小；
（3）兩燈絲溫度；斷開S₁，閉合S₂記錄電流表示數(shù)為I₂；$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}}$．

點評 本題的考點較多，包括電流表量程的選取、滑動變阻器的連接、電路故障分析、電流表的讀數(shù)、歐姆定律的應(yīng)用、實驗步驟設(shè)計等，需要學(xué)生在平時的學(xué)習(xí)中積累方法與技巧．