Question

16．在用“伏安法測小燈泡電阻”的實(shí)驗(yàn)中，待測小燈泡額定電壓為2.5V．
（1）請用筆代替導(dǎo)線，將圖甲所示的實(shí)驗(yàn)電路未連接部分連接好（連線不得交叉）．
（2）小明同學(xué)在做實(shí)驗(yàn)時，電路連接無誤，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流表的指針明顯偏轉(zhuǎn)，而電壓表的示數(shù)為零，該故障的原因可能是燈泡短路．
（3）排除故障后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，記錄了多組小燈泡兩端不同的電壓及對應(yīng)的通過小燈泡的電流值，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上給出了U-I圖象（如圖乙所示），分析圖象可知，小燈泡正常工作時燈絲電阻為10Ω．
（4）從圖象還可看出，小燈泡燈絲的電阻隨電壓的增大逐漸變大（選填“變大”或“變小”），從物理學(xué)角度分析，造成這一現(xiàn)象的原因是電壓增大時，小燈泡功率增大，電阻隨燈絲溫度的升高而增大．
（5）完成上述實(shí)驗(yàn)后，小明還想測量一段電爐絲的電阻R_x，可是在連接電路時，發(fā)現(xiàn)電流表和滑動變阻器都已損壞，于是小明又找來一個開關(guān)和一個定值電阻R，測出了電爐絲的電阻，請畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，并把下列實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整，電源電壓未知且恒定不變，①只閉合開關(guān)S₁，讀出電壓表的示數(shù)U₁；②只閉合開關(guān)S₂，讀出電壓表的示數(shù)U₂；
電阻表達(dá)式R_x=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{U}_{1}}$•R．

Answer 1

分析 （1）伏安法測電阻，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端測燈泡的電壓，電流表與燈泡串聯(lián)測燈泡電流．
根據(jù)題目中電流表的表盤確定電流表的量程．
注意電流從電壓表和電流表的正接線柱流入，從負(fù)接線柱流出．
（2）電流表有明顯的偏轉(zhuǎn)，說明電路電流過大，電路電阻太小，原因可能是燈泡短路或滑動變阻器連入電阻太小，又因?yàn)殡妷罕聿⒙?lián)在燈泡兩端，電壓表示數(shù)為0，可以判斷故障．
（3）由I-U圖象找出燈泡額定電壓所對應(yīng)的電流，然后用公式R=$\frac{U}{I}$求出小燈泡正常工作時燈絲電阻．
（4）影響電阻大小的因素有：導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積和溫度；
（5）電流表和滑動變阻器損壞無法使用，但電壓表可以測量電爐絲電壓，要測量電爐絲的電阻，還要知道通過電爐絲的電流，所以電爐絲與定值電阻組成串聯(lián)電路，根據(jù)串聯(lián)電路電流處處相等間接測量．

解答 解：（1）燈泡的額定電壓為2.5V，所以電壓表的量程為0～3V，且與燈泡并聯(lián)；電流表與燈泡串聯(lián)，由題目中的電流表的表盤知，電流表選擇0～0.6A量程，電流表與燈泡串聯(lián)，如圖：

（2）電流表有明顯偏轉(zhuǎn)→電路電流太大→電路電阻太小，可能燈泡短路或滑動變阻器接入電路電阻太小，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，示數(shù)為0，所以燈泡短路．
（3）由圖乙所示I-U圖象可知，燈泡額定電壓U=2.5V，所對應(yīng)的電流I=0.25A，則小燈泡正常工作時燈絲電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（4）燈絲兩端的電壓增大時，小燈泡功率增大，燈泡變亮，燈絲的溫度升高，電阻增大．
（5）實(shí)驗(yàn)電路圖：
；
實(shí)驗(yàn)步驟：①只閉合開關(guān)S₁，讀出電壓表的示數(shù)U₁；
②只閉合開關(guān)S₂，讀出電壓表的示數(shù)U₂．
電路電流為I=$\frac{{U}_{1}}{R}$，
電爐絲兩端電壓為U_x=U₂-U₁，
電爐絲電阻為R_x=$\frac{{U}_{x}}{I}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{\frac{{U}_{1}}{R}}$=$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{U}_{1}}$•R．
故答案為：（1）見上圖；（2）燈泡短路；（3）10；（4）變大；電壓增大時，小燈泡功率增大，電阻隨燈絲溫度的升高而增大；
（5）①只閉合開關(guān)S₁；②只閉合開關(guān)S₂，讀出電壓表的示數(shù)U₂；$\frac{{U}_{2}-{U}_{1}}{{U}_{1}}$•R．

點(diǎn)評 此題考查的是伏安法測電阻的基本過程，包括原理、連接注意事項(xiàng)、故障原因、電阻計算和利用電壓表和定值電阻測量未知電阻，最后一題有難度，知道利用串聯(lián)電路電流相等設(shè)計電路是關(guān)鍵．