题目内容

5．小亮和小雨在“测定小灯泡电阻”的实验中，所用小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω．
（1）小亮的实验过程如下：
①如图甲所示是小亮连接的实验电路，其中有一根导线连接错误，请你在错误的导线上画“×”，并在图中改正（导线不许交叉）．

②电路连接正确后，闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表的示数为0V，电流表有示数，产生这种现象的原因是：灯泡短路．
③以上故障排除后，再闭合开关，发现小灯泡仍不亮，但电流表和电压表均有示数，接下来他应进行的操作是：向左移动滑片，观察灯泡是否发光．
④实验中小亮设计的实验记录表格如下表，请你指出表格中的问题：设计了电阻平均值一栏；小亮又根据实验数据绘制成U-I图象如图乙，根据图象提供的信息，可计算出小灯泡正常发光时的电阻是12.5Ω．
试验次数电压/V电流/A电阻/Ω电阻平均值/Ω
1
2
3
（2）小雨想利用如图丙所示的电路测量未知电阻Rx的大小（R0阻值已知）．下面是他的实验过程，请你帮他完成实验．
①闭合开关S和S2，断开S1，读出此时电压表的示数为U1．
②闭合开关S和S1，断开S2，读出此时电压表的示数为U2．
③未知电阻值的表达式为：Rx=$\frac{{（U}_{1}-{U}_{2}）{R}_{0}}{{U}_{2}}$．
④实验后小雨又将开关S2换成了一个电压表，当闭合开关S和S1时，发现电路中两个电压表的指针角度相同．如果R0=10Ω且Rx≠R0，则Rx=2或50Ω．

分析 （1）①电压表应并联在灯泡的两端；图中电路的错误连线改是电压表串联在电路中；
②电压表示数为零，说明灯泡两端无电压，电流表有示数，则可能是灯泡短路造成；
③电流表、电压表均有示数，灯泡不亮，可能是灯泡的实际功率太小造成；
④根据灯丝的电阻与温度有关进行分析；
读出电压为2.5V时的电流，根据R=$\frac{U}{I}$计算出电阻值；
（2）分别测出电阻两端的电压及总电压，根据公式I=$\frac{U}{R}$计算出通过R0的电流，便可得知通过Rx的电流，根据串联电路的电压规律计算出待测电阻两端的电压，便可根据R=$\frac{U}{I}$求出Rx的值．

解答 解：（1）①由图知，电压表串联在了电路中，应将其与灯泡并联，将滑动变阻器与灯泡串联，电路图如图所示：

②闭合开关，小灯泡不亮，电压表的示数为0V，电流表有示数，则小灯泡短路；
③故障排除后，再闭合开关，发现小灯泡仍不亮，但电流表和电压表示数均较小，则说明滑动变阻器的电阻较大，使得灯泡的实际功率太小造成，此时应减小滑动变阻器的阻值，将滑片向左滑动；
④灯丝的电阻随温度的升高而增大，实验表格中设计了求小灯泡电阻的平均值是错误的；
由图象知，当U=2.5V时，I=0.2A，则R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.2A}$=12.5Ω；
（2））①闭合开关S和S2，断开S1，电压表测量Rx和R0的总电压，所以U总=U1；
②闭合开关S和S1，断开S2，读出此时电压表的示数为U2；则电压表测量R0两端的电压，所以U0=U2；
③Ux=U1-U2，Ix=I0=$\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}$，则Rx=$\frac{{U}_{X}}{{I}_{X}}$=$\frac{{U}_{1}-{U}_{2}}{\frac{{U}_{2}}{{R}_{0}}}$=$\frac{{（U}_{1}-{U}_{2}）{R}_{0}}{{U}_{2}}$；
④若将S2换成电压表，当闭合开关S和S1时，两块电压表分别测量R0的电压及Rx两端的电压，
两电阻串联，通过两电阻的电流相等，已知：Rx≠R0，两个电压表的指针偏转角度相同，
则两电压表示数关系为：U0=5Ux，或：UX=5U0，$\frac{{R}_{X}}{{R}_{0}}$=$\frac{\frac{{U}_{X}}{I}}{\frac{{U}_{0}}{I}}$=$\frac{{U}_{X}}{{U}_{0}}$，
则待测电阻阻值：Rx=$\frac{{U}_{X}}{{U}_{0}}$R0=$\frac{{U}_{X}}{5{U}_{X}}$×10Ω=2Ω，或：Rx=$\frac{{U}_{X}}{{U}_{0}}$R0=$\frac{5{U}_{0}}{{U}_{0}}$×10Ω=50Ω；
故答案为：（1）①如图所示；②灯泡短路；③向左移动滑片，观察灯泡是否发光；④设计了电阻平均值一栏；12.5；
（2）闭合开关S和S1，断开S2；$\frac{{（U}_{1}-{U}_{2}）{R}_{0}}{{U}_{2}}$；2或50．

点评 此题是“探究小灯泡电阻”的实验，考查了电路的连接，电路故障的分析，同时考查了串分压的知识及欧姆定律的应用，难度较大．

练习册系列答案
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1水20020288
2水10020284
3煤油20020284
4煤油20020242
请根据表中的实验记录回答：
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（1）电源电压和变阻器的阻值．
（2）P在两次位置时，电流表示数之差．
15．请按要求把如图实验报告的空格部分补充完整．
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…
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