Question

1．倪龍?jiān)凇皽y量小燈泡的額定功率”時(shí)準(zhǔn)備了如下器材：額定電壓為6V的小燈泡、穩(wěn)定電源（電壓大約12V）、最大阻值為R₀的滑動變阻器（R₀已知）、電流表、電壓表、開關(guān)各1個，導(dǎo)線若干．
（1）請用筆畫線代替導(dǎo)線，將圖甲電路連接完整；

（2）實(shí)驗(yàn)中在開關(guān)閉合前應(yīng)該將滑動變阻器的滑片調(diào)至最右（左/右）端；
（3）倪龍正確連接好電路后，閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片，發(fā)現(xiàn)小燈泡始終不亮，電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)為0，經(jīng)檢查電表完好，則故障可能是燈泡斷路；
（4）故障排除后，再次閉合開關(guān)，移動滑動變阻器的滑片到某一位置時(shí)，小燈泡正常發(fā)光，此時(shí)電流表的示數(shù)如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是1.44W，此時(shí)小燈泡的電阻為25Ω；
（5）將圖甲中小燈泡換成未知阻值的定值電阻R，并撤去電壓表，在不增加任何器材、不改變原電路連接的前提下，倪龍想測出R的阻值，請你幫助倪龍補(bǔ)全實(shí)驗(yàn)方案：①將滑動變阻器的滑片至最右端，讀出電流表示數(shù)為I₁；②再將滑動變阻器滑片調(diào)至最左端，讀出電流表示數(shù)為I₂；則所測量電阻的表達(dá)式為R=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（用測量的物理量和已知量符號表示）；
（6）倪龍進(jìn)一步探究通電直導(dǎo)線周圍的磁場分布情況，找來小磁針、鐵屑、硬紙板等，做了如圖丙所示的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了直導(dǎo)線周圍的磁場是以導(dǎo)線為圓心的同心圓圈，并查找資料知道了判斷直導(dǎo)線周圍磁場的方法：“用右手握住直導(dǎo)線，讓大拇指指向直導(dǎo)線中電流的方向，則彎曲的四指所指方向?yàn)榇艌龇较颍�”請你用該方法判斷如圖丁中小磁針北極轉(zhuǎn)向紙外（紙內(nèi)/紙外）．

Answer 1

分析 （1）測小燈泡的電阻實(shí)驗(yàn)，燈泡與滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，注意滑動變阻器的接法．
（2）連接電路時(shí)，應(yīng)斷開開關(guān)，并將滑片移至最大阻值處；
（3）燈泡不亮，電流表有明顯偏轉(zhuǎn)，電路中無斷路，電壓表示數(shù)為0，則燈泡短路；
（4）確定電流表的量程、最小分度值，由圖讀出電流表的示數(shù)；根據(jù)公式P=UI求出小燈泡的功率，再根據(jù)R=$\frac{U}{I}$求出小燈泡的電阻；
（5）測電阻的原理為R=$\frac{U}{I}$，有電流表可以測量電流；電阻R₀和R串聯(lián)在電源上即可間接測量測出R的電阻，即先將滑動變阻器的滑片移動到最右端，再將滑片移動到最左端，分別測出電流大小，根據(jù)電源電壓相等列出等式，計(jì)算出電阻R的阻值．
（6）先判斷出通電導(dǎo)體下方磁場的方向以及導(dǎo)線內(nèi)部磁場的方向，然后根據(jù)小磁針靜止時(shí)，北極的指向?yàn)榇艌龇较蚩芍�小磁針N極的指向．

解答 解：（1）燈泡與滑動變阻器串聯(lián)接入電路，電壓表并聯(lián)在燈泡兩端，電路圖如圖所示：

（2）為保證電路安全，連接電路時(shí)，開關(guān)應(yīng)斷開；由圖知，滑動變阻器的下面接了左邊的接線柱，所以閉合開關(guān)前應(yīng)將滑動變阻器的滑片調(diào)至最右端，使其阻值最大；
（3）小燈泡始終不亮，電路中無斷路，電壓表示數(shù)為0，電流表有明顯偏轉(zhuǎn)，則可能是燈泡短路造成；
（4）由圖知，電流表量程是0.6A，最小分度值是0.02A，電流表示數(shù)是0.24A，燈泡的額定功率P=UI=6V×0.24A=1.44W；小燈泡的電阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{6V}{0.24A}$=25Ω；
（5）實(shí)驗(yàn)方案：
步驟②為：再將滑動變阻器滑片調(diào)至最左端，讀出電流表示數(shù)為I₂；
當(dāng)滑動變阻器滑片P位于最右端時(shí)，電阻R與R₀串聯(lián)接入電路，總電阻為：R+R₀，
由歐姆定律R=$\frac{U}{I}$得，電源電壓U=I₁（R+R₀），
當(dāng)滑動變阻器滑片P位于最右端時(shí)，變阻器R₀接入電路中電阻為0，
電源電壓為U=I₂R，
即：I₁（R+R₀）=I₂R，
解得：R=$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
（6）伸出右手，大拇指指向電流的方向，四指的方向?yàn)榇艌龅姆较�，故�?dǎo)體正下方磁場方向向外，即小磁針靜止時(shí)N極的指向?yàn)榧埻猓?br />故答案為：
（1）見上圖；
（2）右；
（3）燈泡斷路；
（4）1.44；25；
（5）再將滑動變阻器滑片調(diào)至最左端，讀出電流表示數(shù)為I₂；$\frac{{I}_{1}{R}_{0}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
（6）紙外．

點(diǎn)評 本題考查了用伏安法測燈泡電功率的實(shí)驗(yàn)中滑動變阻器的正確使用方法、實(shí)物圖的連接、電壓表的讀數(shù)、功率的計(jì)算以及通電直導(dǎo)線磁場方向判斷方法等內(nèi)容；明確測電阻的原理為R=$\frac{U}{I}$，用電壓表和電流表，再根據(jù)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的電流和電壓特點(diǎn)，直接或間接測量電壓和電流，這是解決本題的關(guān)鍵．．