Question

17．小明测量额定电压为3.8V的小灯泡正常工作时的电阻，使用4.5V的电源．

（1）如图甲所示，是他连接的实验电路，其中有一根导线连接错误．请你在错误的导线上画“×”，并用笔画线代替导线画出正确的导线．
（2）电路连接正确后，闭合开关，发现电流表无示数，电压表有示数，灯不亮，故障可能是灯泡处断路．
（3）排除故障后小明将滑片移到某处，电压表的示数为3V，要测量小灯泡正常发光的电阻，应将滑动变阻器滑片向左移动（选填“左”、“右”），当小灯泡正常发光时，此时电流表的指针位置如图乙所示，可得出小灯泡的电阻为11.2Ω（结果保留1位小数）．
（4）小明完成实验后，改变滑动变阻器的阻值，记录电流表、电压表的几组示数，算出几组电阻值，并把求出的平均值作为小灯泡正常发光的电阻．同组的小亮认为小明的方法是不正确的，原因是灯泡的电阻随温度变化而变化．
（5）实验中电流表不小心损坏了，小明找来了一个10Ω的定值电阻，利用余下的器材也测出了小灯泡正常发光时的电阻，在图丙的虚线框内画出他的电路图．

Answer 1

分析 （1）实物连接图中找错误之处，主要从电压表、电流表、滑动变阻器的正确使用上考虑：从电流表、电压表的量程、连接方式、正负接线柱的接入方法上考虑．从滑动变阻器接线柱的选择考虑．
（2）灯泡不亮可能是灯泡断路或灯泡以外的地方断路或灯泡短路，灯泡断路时，电路断路，电路中没有电流，电流表无示数，电压表串联在电路中，电压表测量电源电压；
灯泡短路时，电路总电阻减小，电路电流增大，电流表示数增大，电压表测量导线电压，示数为0．
灯泡以外的地方断路，整个电路都处于断开状态，灯泡不亮，电压表和电流表都没有示数．
（3）电压表示数是3V，小于灯泡额定电压，要使灯泡正常发光，由电路图可知，滑动变阻器滑片应向左移动，减小滑动变阻器接入电路的阻值，增大灯泡两端的电压，直到电压表示数等于灯泡额定电压为止；由图乙确定电流表量程与最小分度值，读出电流表示数，然后由欧姆定律求出灯泡的电阻．
（4）灯泡电阻受温度的影响，在不同电压下灯泡电阻不同，求不同电压下灯泡阻值的平均值作为灯泡正常发光时的电阻是错误的．
（5）把定值电阻与小灯泡串联，先用电压表与小灯泡并联，移动滑动变阻器滑片，使电压表示数等于灯泡额定电压，然后把电压表与定值电阻并联，读出电压表的示数，由欧姆定律求出流过电路的电流，最后由欧姆定律可以求出灯泡正常发光时的电阻，据此设计实验电路图．

解答 解：（1）经分析，滑动变阻器与灯泡并联错误．如果电流从电流表出来，先经过灯泡，再滑动变阻器，到电源的负极．只移动一根导线的情况下，会造成电压表测滑动变阻器两端电压．如果电流从电流表出来，先经过滑动变阻器，再经灯泡到电源的负极，只改变一根导线，电压表测灯泡电压，符合题意．如图．
 
（2）灯泡不亮，电流表无示数，说明电路断路，灯泡中无电流，电压表有示数，此时电压表串联在电路中测电源电压．所以电路故障是小灯泡断路；
（3）电压表的示数为3V，要测量小灯泡正常发光的电阻，应向左移动滑动变阻器的滑片，减小滑动变阻器接入电路的阻值，使灯泡两端的电压增大，直到电压表示数达到3.8V为止；
由图乙可知，电流表量程是0～0.6A，最小分度值是0.02A，电流表示数为0.34A，灯泡正常发光时的阻值R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.34A}$≈11.2Ω；
（4）灯泡电阻受温度影响，在不同电压下灯泡电阻不同，不是定值，求灯泡在不同电压下的阻值作为灯泡正常发光时的电阻是错误的．
（5）先把滑动变阻器与灯泡组成串联电路，电压表与灯泡并联，移动滑片使电压表示数为3.8V，此时滑动变阻器两端电压为4.5V-3.8V=0.7V；然后保持滑片位置不变，用定值电阻替换小灯泡，用电压表测出定值电阻电压，由欧姆定律求出此时电路电流，由串联电路特点求出滑动变阻器两端电压，由欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值R_滑；然后由欧姆定律求出滑动变阻器与灯泡串联时的电路电流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}$=$\frac{0.7V}{{R}_{滑}}$，最后由欧姆定律求出灯泡正常发光时的电阻；实验电路图如图丙所示．

故答案为：（1）如图所示；（2）灯泡断路；（3）左；11.2；（4）电阻随温度不断发生变化，不是定值；（5）如上图所示．

点评 本题考查了连接电路图、电路故障分析、电流表读数、求灯泡阻值、温度对电阻的影响、设计实验电路图等问题；分析电路故障时，要根据故障现象考虑各种可能的故障原因，然后综合分析确定故障原因；对电表读数时，要先确定电表量程与最小分度值，再读数．