Question

3．在用伏安法测额定电压为2.5V的小灯泡（电阻大约10Ω左右）电功率的实验时，小明连接了如图所示的电路，其中电源电压为6V．

（1）请用笔画线将图1中的电路连接完整．
（2）连接电路时，开关应断开（选填“断开”或“闭合”），闭合开关前滑片应移到B端（选填“A”或“B”）．
（3）在连接电路时，有“10Ω 1A”和“20Ω 1A”两个滑动变阻器可供选择，则应该选择“20Ω1A”的变阻器连入电路，才能保证实验顺利进行．
（4）在连接电路无误后，闭合开关，发现灯泡不亮，且电压表有示数，电流表无示数．则产生这个故障的原因可能是灯泡断路．
（5）故障排除后，闭合开关，移动滑片P，直至电压表示数为2.5V，这时电流表的示数如图2所示．则该灯泡的额定功率是0.8W．
（6）小明根据实验过程中记录的实验数据和现象，进一步分析又发现小灯泡灯丝电阻是变化的，原因是灯丝电阻受温度的影响．
（7）完成上述实验后，小明想用原电路测量一段电阻丝R_x的阻值（约10Ω）．他用电阻丝替换了灯泡，闭合开关，发现电流表已损坏，将其拆除，将电压表量程更换为“0-15V”，不改变其它电路元件的连接方式，如图3所示，小明也完成了实验．简述实验步骤并写出计算R_x的最后表达式．（已知滑动变阻器的最大阻值为R₀）
实验步骤：
（1）闭合开关，将滑片移至a点（或最小阻值），记下电压表的示数U       
（2）将滑片移至b点（或最大阻值），记下电压表的示数U_X．
表达式：R_x=$\frac{{U}_{x}}{U-{U}_{x}}$R₀．

Answer 1

分析 （1）使开关、灯泡以及滑动变阻器串联连接，电压表并联在灯泡两端；
（2）连接电路时，开关必须处于断开状态，闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处；
（3）计算出小灯泡正常发光时，需要串联的电阻值，根据这个电阻值选择合适的滑动变阻器；
（4）闭合开关，发现灯泡不亮，电流表无示数，说明电路故障为断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连；
（5）根据电流表的量程、分度值以及指针的位置读出电流表的示数，然后根据P=UI求出灯泡的额定功率；
（6）影响电阻的大小因素有材料、长度、横截面积以及温度；
（7）滑动变阻器的最大阻值已知，滑动变阻器和被测电阻串联，让滑动变阻器全部接入和不接入，来改变电路的电阻，完成电流表的两次测量，利用两次电路的电源电压相等，列出等式，解出R_x．

解答 解：（1）使开关、灯泡以及滑动变阻器串联连接，电压表并联在灯泡两端；如下图所示：

（2）连接电路时，开关必须处于断开状态，闭合开关前，需将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处，即将滑片放在B端；
（3）灯泡正常发光时的电流：I=$\frac{{U}_{L}}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A；
由I=$\frac{U}{R}$可知，滑动变阻器接入电路的阻值：R=$\frac{U-{U}_{L}}{I}$=$\frac{6V-2.5V}{0.25A}$=14Ω，故选“20Ω 1A”的滑动变阻器；
（4）闭合开关，发现灯泡不亮，电流表无示数，说明电路故障为断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，因此故障为灯泡断路；
（5）根据实物图可知，电流表量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.32A；
灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.32A=0.8W；
（6）因为灯丝的电阻随温度的升高而增大，因此灯丝的电阻是变化的；
（7）步骤：①闭合开关，将滑片移至a点（或最小阻值），记下电压表的示数U；
②将滑片移至b点（或最大阻值），记下电压表的示数U_X；
表达式：R_X=$\frac{{U}_{x}}{U-{U}_{x}}$R₀．
故答案为：（2）断开；B；（3）“20Ω 1A”；（4）灯泡断路；（5）0.8；（6）灯丝电阻受温度的影响；
（7）步骤：①闭合开关，将滑片移至a点（或最小阻值），记下电压表的示数U；
②将滑片移至b点（或最大阻值），记下电压表的示数U_X；
表达式：R_X=$\frac{{U}_{x}}{U-{U}_{x}}$R₀．

点评 本实验题涉及电压表和电流表的使用、滑动变阻器的使用、电路图的画法和实物图的连接和欧姆定律，虽综合性强，但都属于基础知识，难度适中．