Question

13．在“測量小燈泡的電阻”實驗中，電源電壓保持不變，小燈泡的額定電壓為2.5V．
（1）電路接通后，小明發(fā)現(xiàn)移動滑動變阻器的滑片使其接入電路的電阻減小時，電壓表的示數(shù)也變小了，你認為電路連接中存在的錯誤是電壓表接在了滑動變阻器兩端．
（2）改正電路后，他將測得的數(shù)據(jù)及計算結果填在下面的表格中． 小燈泡正常發(fā)光時的電阻為8.3Ω（保留一位小數(shù)）．

實驗次數(shù)	1	2	3	4
電壓U/V	1.0	1.5	2.0	2.5
電流I/A	0.20	0.22	0.26	0.30
電阻R/Ω	5.0	6.8	7.7

（3）分析表中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，四次測量得到燈絲的電阻值變化很大，這說明燈絲的電阻隨溫度的變化而變化．
（4）小明還想測出一段電爐絲的電阻值，可是在連接電路時發(fā)現(xiàn)電流表已被燒壞；請你利用現(xiàn)有器材電壓未知的電源（且電源電壓不變）、量程合適的電壓表、最大阻值為20Ω的滑動變阻器、開關各一個，導線若干），幫助小明設計一個不移動電壓表就能測出這段電爐絲阻值的電路．把你設計的實驗電路圖畫在虛線框內（電爐絲的符號為“”）．

Answer 1

分析 （1）移動滑動變阻器的滑片使其接入電路的電阻減小時，根據(jù)分壓原理可知，變阻器兩端電壓減小，由于電壓表的示數(shù)也變小了，說明電壓表接在了變阻器的兩端；
（2）在額定電壓下的發(fā)光為正常發(fā)光，從表格中讀出燈泡兩端電壓為額定電壓時對應的電流，利用歐姆定律計算燈絲的電阻；
（3）燈絲電阻隨溫度的變化而變化，導致四次測量得到燈絲的電阻值變化很大．
（4）可用滑動變阻器和待測電阻串聯(lián)，用電壓表和待測電阻并聯(lián)，利用動變阻器的最大阻值和它兩端的電壓，可以起到電流表的作用，以及滑片P的移動可以改變電路的連接方式，從而使電壓表測量不同電路兩端的電壓，由此可以得到滑動變阻器兩端的電壓，進而根據(jù)歐姆定律可以求得待測電阻的阻值．

解答 解：
（1）當滑動變阻器接入電路的電阻減小時，電路中電流增大，根據(jù)U=IR可知，燈泡兩端電壓增大，電源電壓一定，則變阻器兩端電壓減小；由于電壓表的示數(shù)也變小了，說明電壓表接在了變阻器的兩端．
（2）改正電路后，從表中數(shù)據(jù)可知：小燈泡正常發(fā)光時，U=2.5V，I=0.30A，
根據(jù)歐姆定律可知，小燈泡正常發(fā)光時的電阻為：R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.30A}$≈8.3Ω．
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，通過燈的電流隨電壓的增大而增大，根據(jù)P=UI可知，燈泡的實際功率增大，燈絲的溫度升高，由此說明燈絲的電阻隨溫度的變化而變化（或燈絲的電阻隨溫度的升高而增大）．
（4）雖然沒有電流表、電源電壓未知，但已知滑動變阻器的最大阻值；可用滑動變阻器和待測電爐絲串聯(lián)，電壓表和待測電爐絲并聯(lián)，通過移動滑片改變電路的結構、測得電源電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的特點和歐姆定律計算得到電爐絲的阻值．
設計的電路圖如下圖所示：

實驗步驟和計算方法：
①當滑片位于最左端時，滑動變阻器接入電路的阻值為0，此時電壓表測量電源電壓U；
②當滑片位于最右端時，滑動變阻器全部接入電路，此時滑動變阻器的最大阻值R₂與待測電爐絲R₁串聯(lián)接入電路，電壓表測量待測電爐絲兩端的電壓U₁；
③根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點可知，滑動變阻器兩端的電壓U₂=U-U₁；
此時電路中的電流I=I₂=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}$=$\frac{U-{U}_{1}}{{R}_{2}}$；
此時R₁兩端的電壓為U₁，根據(jù)歐姆定律可求出待測電爐絲R₁的阻值．
故答案為：（1）電壓表接在了滑動變阻器兩端；（2）8.3；（3）燈絲的電阻隨溫度的變化而變化；
（4）如上圖所示．

點評 本題是測小燈泡電阻的實驗，考查了電路的正確連接、電阻大小的計算，影響電阻大小的因素以及設計實驗電路的能力．