题目内容
4．小丽同学手里有一个标有“3.8V”字样的小灯泡，她想知道小灯泡正常工作时的电阻，于是在学校实验室找来一些器材连接了如图甲所示的实验电路，电源电压恒定不变．（1）小丽测小灯泡电阻的实验原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物连接完整（要求滑片向左移灯泡变暗），并在虚线框内画出电路图．
（3）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，她发现灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，其故障原因可能是小灯泡短路．
（4）故障排除后，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，则小灯泡正常工作时的电阻是10Ω．
（5）完成上述实验后，小丽向老师要了一个已知阻值为R0的定值电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的实验电路，想测出小灯泡的额定功率，请你帮她完成下列实验步骤：
①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2（填“1”或“2”），移动滑片，使电压表的示数为3.8V；
②保持滑片的位置不动，再将开关S2拨到触点1（填“1”或“2”），读出电压表的示数为U；
③小灯泡额定功率的表达式为P额=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$（用已知量和测量量表示）．
（6）如果在家里做测白炽灯额定电功率实验，家里一般没有电流表或电压表，所以可以利用电能表和秒表测量更方便．小明家中的电能表表盘如图1所示，仅让该灯正常工作发现通电3min转盘转了10r，则小明所测白炽灯的额定电功率是100W．聪明的小明马上又算出了白炽灯正常工作的电阻是484Ω．小明又到实验室借电学实验器材，准备通过测量后判断所算得的电阻是否准确，老师借给小明一种能直接测量电阻的仪表，图2是该电表的表头及小明测量时指针的偏转情况．根据图中所给信息判断，小明所测读数是30Ω．小明发现计算得到的电阻值 和直接测量的电阻值差异很大，你分析原因可能是灯丝的电阻随温度的升高而增大．
分析 （1）测小灯泡电阻的实验原理是欧姆定律的变形式；
（2）滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，向左移灯泡变暗，说明滑动变阻器的左下方接线柱必须接入电路中；根据电流流向法，从电源的正极出发依次串联各电路元件，然后把电压表并联在灯泡两端即可；
（3）电流表有示数说明电路通路，电压表无示数且灯泡不亮，说明电压表并联部分短路；
（4）根据电流表的量程和分度值读出示数，灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据欧姆定律求出灯泡正常发光时的电阻；
（5）由丙图可知，没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于3.8V，然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率；
（6）利用电能表和秒表也可以测量家用电器的功率；
由电能表知，消耗1kW•h的电能，电能表的转盘转动2000转，可求转10转消耗的电能，根据公式P=$\frac{W}{t}$可求灯泡的额定功率；由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$计算灯泡电阻；
根据表盘上标的物理量的单位可确定是什么仪表；读数时看清分度值再读数；灯丝的电阻随温度的变化而变化．
解答 解：
（1）伏安法测电阻的原理是：R=$\frac{U}{I}$；
（2）变阻器应与灯泡串联，滑片向左移灯泡变暗，说明电路中电流变小，电路中电阻变大，应将滑动变阻器的右下方接线柱接入电路中，如图所示：
；
先画出电源符号，从电源正极出发依次画出开关、滑动变阻器、灯泡、电流表回到电源的负极，然后把电压表并联在灯泡两端，如图所示：
；
（3）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，发现灯泡始终不亮，电流表有示数，说明电路是通路，电压表无示数，说明电压表并联部分短路，即小灯泡短路；
（4）灯泡正常发光时的电压为3.8V，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.38A，
则灯泡的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω；
（5）①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为3.8V；
②保持滑动变阻器滑片位置不变，S2接1，读出电压表示数U；
③此时定值电阻R0两端的电压：U0=U-U额=U-3.8V，
通过灯泡的电流：I额=I0=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
则小灯泡额定功率：P额=U额I额=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；
（6）仅让该灯正常工作3min转10转消耗的电能：W=$\frac{1}{2000}$kW•h×10=$\frac{1}{200}$kW•h，
该灯的额定功率：P额=$\frac{W}{t}$=$\frac{\frac{1}{200}kW•h}{\frac{3}{60}h}$=0.1kW=100W；
灯泡额定电压220V，由P=$\frac{{U}^{2}}{R}$可得灯泡电阻：RL=$\frac{{{U}_{额}}^{2}}{{P}_{额}}$=$\frac{（220V）^{2}}{100W}$=484Ω；
表盘上标着Ω，Ω是电阻的单位，所以该表是测量电阻的工具．如图2，指针指在30处，所以此时读数为30Ω；
因为灯丝的电阻随温度的升高而升高，所以在常温下测出的电阻与正常工作时的电阻不同，所以，直接测量的电阻值和计算得到的电阻值差异很大．
故答案为：
（1）R=$\frac{U}{I}$；
（2）实物图的连接和电路图见上图；
（3）小灯泡短路；
（4）10；
（5）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；
（6）电能表；秒表；100；484；30；灯丝的电阻随温度的升高而增大．
点评 本题考查了伏安法测电阻的原理和实物电路图的连接、根据实物电路图画出电路图、电路故障的判断、电流表的读数、欧姆定律的应用，还考查了特殊方法测电阻，根据电能表测功率的计算等，考查知识点多，综合性强．
| A． |  | B． |  | C． |  | D． |  |
| A． | 扫地时灰尘飞舞说明分子在做无规则运动 | |
| B． | 海绵容易被压缩能说明分子间有空隙 | |
| C． | 当物体的温度降至0℃时，分子不会停止运动 | |
| D． | 破镜不能重圆，主要是因为分子间有排斥力 |
如图表是从某电热饮水机说明书上收集到的信息．当开关S闭合时，饮水机处于加热状态，S断开时，饮水机处于保温状态．为了测量它加热时的实际功率，小明断开其它所有用电器，只将该饮水机接入家庭电路中，闭合开关S，测得热水箱中的水（装满）从25℃升高到100℃，所用时间为7.5min，同时观察到家中标有“1200r/kW•h”字样的电能表转盘转过120转（r）．不考虑温度对阻值的影响；根据以上信息，求：| 热水箱容量（装满） | 1L |
| 额定电压 | 220V |
| 加热时额定功率 | 968W |
（2）饮水机此加热过程中的热效率（η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%）．
（3）饮水机加热时的实际电压．
如图所示，电源电压保持6V 不变，电流表的量程为0～0.6A，电压表的量程为0～3V，定值电阻的规格为“10Ω?0.5A”，滑动变阻器的规格为“20Ω 1A”．闭合开关，为了保证电路安全，在变阻器滑片移动过程中，下列说法正确的是（ ）| A． | 电流表示数允许的变化范围为0.2A～0.5A | |
| B． | 变阻器R2接入电路的阻值允许变化范围为2Ω～20Ω | |
| C． | 电阻R1消耗功率允许的变化范围为0.4W～0.9W | |
| D． | 电路消耗总功率允许的变化范围为1.2W～3W |
在如图的电路中，灯泡L上标有“6V4W”的字样，当S、S1均闭合时，灯泡正常发光，电压表示数为12V；若再断开S1，灯泡的实际功率变为原来的$\frac{1}{4}$，不考虑温度对电阻的影响，则下列选项正确的是（ ）| A． | 电路中电源电压为18V | |
| B． | 电阻R1的阻值为27Ω | |
| C． | 断开S1后，电压表的示数变大 | |
| D． | 断开S1前后，电流表的示数之比为2：1 |
