Question

一个额定电压是 6V的小灯泡，其正常工作时通过的电流约为 0.3A．小明想测定这个小灯泡正常发光时的电阻，实验室中有如下器材：电流表、电压表、开关各一个，三个规格为“10Ω 1A”．“50Ω  0.5A”和“1kΩ．0.1A”的滑动变阻器，导线若干，
电源（电压为12V）．
（1）小明设计了如图1所示电路图，通过分析你认为小明应选用规格为

 

的滑动变阻器．
（2）图 2已连接了部分电路．请你根据图1所示电路图，用笔画线代替导线，将电路连接完整．

（3）小明正确选择了滑动变阻器，将图2的电路补充连额，闭合开关，发现灯泡发光较暗，电流表有示数，任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变（示数不为零）且小于6V．具体原因是

 

．
（4）小明排除故障后，继续实验．当电压表的示数为6V时，电流表的示数如图3所示，该小灯泡正常发光时电阻是

 

Ω．
（5）小明完成上述实验后，小明发观电流表已坏，她利剩余器材和老师又给的一个定值电阻Ro=15Ω两个开关S₁、S₂及导线，也完成了对小灯泡正常发光时电阻的测量．请你在右侧的虚线框内画出小红完成实验设计的电路图．并写出实验步骤及测定小灯泡正常发光时电阻的表达式．实验步骤：

 

表达式：R=

 

．

Answer 1

分析：（1）根据电源电压计算出灯泡正常发光时滑动变阻器两端的电压，从而可根据R=

U

I

计算出滑动变阻器的电阻值，判断出规格；
（2）在实验中，电流表与电阻串联，电压表与电阻并联，滑动变阻器要接一上一下；
（3）根据滑动变阻器滑片移动，电压表示数不变，示数总小于6V进行分析；
（4）根据图3读出电流表的示数，由R=

U

I

计算出灯泡正常发光时的电阻；
（5）把灯泡与定值电阻串联，应用串联电路特点及欧姆定律求出灯泡正常发光时的电流，然后由电阻公式求出灯泡正常发光时的电阻．

解答：解：（1）当灯泡正常发光时，滑动变阻器的电压U_滑=U-U_灯=12V-6V=6V；
滑动变阻器的阻值大约为R_滑=

U滑

I

=

6V

0.3A

=20Ω
（2）应将电压表与灯泡并联，电流表与灯泡串联，滑动变阻器已接了下面一个接线柱，可再接上面任意一个接线柱，如图所示：

（3）任意移动滑动变阻器的滑片，电压表示数不变，且此时灯泡发光较暗，电压表的示数始终小于6V，说明滑动变阻器接了下面的两个接线柱，相当于一个定值电阻；
（4）由图3知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.32A，则R=

U

I

=

6V

0.32A

=18.75Ω；
（5）实验电路图如图所示；

闭合开关S、S₁，移动滑片使电压表示数等于灯泡额定电压6V，使灯泡正常发光；
保持滑片位置不变，断开开关S₁，闭合开关S₂，读出电压表示数U，则电阻R₀两端电压U₀=U-U_L=U-6V；
电路电流I=

U0

R0

=

U-6V

R0

，灯泡正常发光时的电阻R=

UL

I

=

6V

U-6V R0

=

6V

U-6V

?R0．
故答案为：（1）“50Ω  0.5A”；（2）见上图；（3）滑动变阻器连到下面两个接线柱上了；（4）18.75；（5）电路图：

实验步骤：①移动滑动变阻器滑片移到最右端，闭合开关S、S₁，移动滑动变阻器滑片，是电压表示数为6V；
②断开S₁，闭合S₂，读出电压表示数为U；
表达式：R=

6V

U-6V

?R0．

点评：本题主要考查学生对电学知识的综合应用，尤其是实验设计，这是重点也是难点，在设计实验时可参考一下：
（1）没有电压表，利用定值电阻和电流表以及其他元件测量电阻的阻值时，一般设计成并联电路，找电压相等列等式求出被测电阻；
（2）没有电流表，利用电压表和定值电阻以及其他元件测量电阻的阻值时，一般设计成串联电路，找电流相等列等式求出被测电阻．