Question

2．李嵐和鄭小楚同學想利用“伏安法”來測量定值電阻R的阻值和小燈泡的額定功率，如圖甲所示的是她設計的實物電路圖．

（1）請你用筆畫線代替導線，將圖甲中的實物圖補充完整．（要求：滑片向左移電壓表的示數(shù)變大）
（2）李嵐閉合開關S后，發(fā)現(xiàn)電流表無示數(shù)，而電壓表有示數(shù)，產生此現(xiàn)象的原因是定值電阻斷路．
（3）檢查電路連接正確后，閉合開關S，當滑動變阻器的滑片P滑動到某一位置時，電壓表的示數(shù)如圖乙所示，電流表的示數(shù)如圖丙所示，則電阻R的阻值為10Ω．
（4）李嵐又把定值電阻換成標有“0.2A”的小燈泡，在移動滑片P的過程中，李嵐發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)與電流表的示數(shù)的比值不是固定的，這是因為燈泡燈絲的阻值隨溫度而變化；當小燈泡正常發(fā)光時，它兩端的電壓為1.6V，該小燈泡的額定功率為0.32W．
（5）鄭小楚同學在進行測量時沒有用電壓表，但是他多用了一個已知阻值的定值電阻R₀和兩個開關，其它的器材與李嵐的相同，也測出了小燈泡的額定功率．請你在圖丁的虛線框中畫出他設計的電路圖．

Answer 1

分析 （1）滑動變阻器采用一上一下的接法；
（2）電流表無示數(shù)表明電路斷路，再根據電壓表的示數(shù)及電路連接情況判斷斷路位置；
（3）根據電壓表、電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電壓和電流值，然后利用歐姆定律的變形公式求出電阻R的阻值；根據公式P=UI計算額定功率；
（4）燈絲電阻隨溫度的變化而變化；
（5）燈泡與滑動變阻器串聯(lián)，用電流表測流過電路的電流，由串聯(lián)電路特點及歐姆定律求出流過燈泡電流為燈泡額定電流時，求出燈泡兩端電壓，然后由P=UI求出燈泡額定功率．

解答 解：（1）滑動變阻器采用一上一下的接法；滑片向左移電壓表的示數(shù)變大，說明電路中的電流變大，則滑動變阻器電阻減小，如圖所示：
；
（2）電流表無示數(shù)表明電路斷路，電壓表測待測電阻兩端的電壓，電壓表有示數(shù)，說明斷路位置在待測電阻R_x處；
（3）根據圖乙可知，電壓表的量程為0～3V，分度值為0.1V，示數(shù)為1.4V；
根據圖丙可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數(shù)為0.14A；
由I=$\frac{U}{R}$得電阻R的阻值：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{1.4V}{0.14A}$=10Ω；
（4）當電壓表示數(shù)變大、電流表示數(shù)變大時，燈泡的功率變大，燈絲的溫度升高，其電阻也會變化，故電壓表的示數(shù)與電流表的示數(shù)的比值不是固定的；
燈泡的額定電流為0.2A，額定電壓為1.6V，則額定功率為：P_L=U_LI_L=1.6V×0.2A=0.32W；
（5）電路圖如圖所示：
；
①滑動變阻器滑片移至最下方，此時變阻器接入電路的電阻為0，閉合開關S₂，讀出電流表示數(shù)為I；則電源電壓為U=IR₀；
②閉合開關S₁、斷開S₂，移動滑動變阻器滑片，使電流表示數(shù)為0.2A；
③滑片位置不動，閉合開關S₂、斷開開關S₁，讀出電流表示數(shù)I'，則滑動變阻器接入電路的電阻為R'=$\frac{U'}{I'}$=$\frac{I{R}_{0}-I'{R}_{0}}{I'}$=$\frac{I-I'}{I'}{R}_{0}$；
②中燈泡兩端的電壓為：
U_L=U-0.2A×$\frac{I-I'}{I'}{R}_{0}$=IR₀-0.2A×$\frac{I-I'}{I'}{R}_{0}$；
則燈泡的額定功率為：P_L=U_LI_L=（IR₀-0.2A×$\frac{I-I'}{I'}{R}_{0}$）×0.2A．
故答案為：（1）如圖；（2）定值電阻斷路；（3）10；（4）燈泡燈絲的阻值隨溫度而變化；0.32；（5）如圖．

點評 本題考查了測量電功率實驗中的電路連接、滑動變阻器的使用及電功率的計算，第（5）問的難度較大．