Question

10．如图甲是小明研究小灯泡电阻的实验电路图．图乙是根据实验数据绘的U-I图．小泡标有“2V”字样，滑动变阻器R标有“20Ω 1A”字样．

（1）闭合开关前，小明应将滑动变阻器的滑片移到b端．该实验中，滑动变阻器的作用是保护电路和改变灯泡两端电压
（2）小明闭合开关后发现灯不亮，电流表有示数，电压表无示数，故障原因可能是灯泡短路
（3）小灯泡正常发光时，灯丝的电阻为4Ω．
（4）同桌小华想用小明的实验器材测未知电阻的阻值，但他发现电压表已经损坏而无法使用，经过思考后，他从物理老师那里借来了一只定值电阻R．、两只开关和若干导线．
①请你利用小华手边现有的器材，在图丙所示的虚线框中为小华设计一个测量未知电阻阻值的实验电路图（部分电路已画出）；
②写出Rz的表达式：Rz=$\frac{IR}{{I}_{X}}$．

Answer 1

分析 （1）闭合开关前，滑动变阻器处于最大阻值处，保护电路；移动滑片能改变电路总电阻，改变电路电流，能改变灯泡两端电压．
（2）灯不亮的故障可能是灯泡断路或短路；灯泡短路，电路电阻减小，电路电流增大，电流表示数增大，电压表测导线电压，示数为0；灯泡断路，电路断路，电路无电流，电流表示数为0，电压表串联在电路中测电源电压；
（3）从图象中找到灯泡在2V下的电流，根据R=$\frac{U}{I}$计算电阻；
（4）电压表损坏，只有电流表，利用已知定值电阻与未知电阻并联，两个开关单独控制一个支路，电流表在干路上，当一个支路独立工作时，测该支路电流．找电压相等列等式求解．

解答 解：
（1）滑动变阻器接左半段，滑动变阻器滑片在b端接入电阻最大；滑动变阻器在电路中保护电路，最主要的是通过改变连入电路的电阻，来改变电路电流，来改变灯泡两端电压；
（2）灯泡不亮，电流表有示数，电路通路；电压表无示数，电压表短路，所以灯泡短路；
（3）由图象知灯泡2V下的电流为0.5A；所以R_L=$\frac{U}{I}$=$\frac{2V}{0.5A}$=4Ω；
（4）①把已知定值电阻R与未知电阻R_Z并联，每个支路各有一个开关单独控制，电流表在干路上，单独闭合一个支路，分别测R 与R_Z中的电流I和I_X，即可计算出待测电阻的阻值，电路图如下：；
②根据并联电路电压相等，所以，IR=I_xR_Z，
所以，R_Z=$\frac{IR}{{I}_{X}}$．
故答案为：（1）b；改变电路电阻从而改变L两端电压；（2）灯泡短路；（3）4Ω；（4）①电路图如上所示；②$\frac{IR}{{I}_{X}}$．

点评 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；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．