Question

2．如图1是测小灯泡（额定电压2.5V）电功率的实验，所用的电源电压是4V．

（1）闭合开关前，老师发现小明连接的电路有一处错误，请你在错误的连线上画“×”，用笔画出正确的连线．
（2）闭合开关前，将滑片P调到阻值最大处，然后闭合开关，发现小灯泡不亮，电压表、电流表示数均较小，这是由于跟滑动变阻器的阻值相比，小灯泡的电阻太小（填“太大”或“太小”）．
（3）此实验中，滑动变阻器的作用是保护电路和改变灯的电压和和通过的电流．
（4）电路连接正确后，由实验测得的数据绘制了如图2所示的I-U关系图象．由图象可知，小灯泡的额定功率是0.625W．
（5）小明想利用此电路探究电流与电压的关系，小聪说不可以，理由是灯的电阻随温度的变化而变化，不是一个定值；
（6）同学们想用上述器材测量电阻Rx的阻值（其阻值约几百欧），其中所用滑动变阻器换成规格“100Ω、2A”、小灯泡换成Rx．小红说用“伏安法”测量Rx，电路中电流太小，电流表不能准确测量电流值，而小刚说，按此电路测量，可以不读电流表的示数，只通过电压表示数即可．请你写出小刚的主要步骤及R_x表达式．
步骤：将变阻器的最大电阻与待测电阻串联，将电压表与待测电阻并联，闭合开关，记下电压表的示数为U_X；R_x的表达式为R_x=$\frac{{U}_{X}}{4V-{U}_{X}}$×100Ω．．

Answer 1

分析 （1）分析电路连接的错误之处，并改正；
（2）灯泡不亮、电流表的示数很小，都是由于电路中的电流过小；电源电压是一定的，电流小是因为电阻过大，小灯泡的电阻约为定值，据此分析；
（3）根据实验目的确定变阻器的作用；
（4）灯在额定电压下的功率为额定功率，由图2所示的I-U关系图象找出 灯在额定电压的电流，根据P=UI求小灯泡的额定功率；
（5）探究电流与电压的关系时，要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化分析；
（6）将变阻器视为一个定值电阻，将其与待测电阻串联，用电压表测出待测电阻的电压，根据串联电路的规律和欧姆定律求待测电阻．

解答 解：（1）原电路中，灯与导线并联，电压表串联在电路中是错误的，电压表与灯并联，如下所示：


（2）闭合开关后，发现小灯泡不亮，这是因为通过小灯泡的电流过小了，电路中的电流小就是因为电路中的电阻过大（因为电源电压是一定的），小灯泡的电阻几乎为一定值，滑动变阻器的电阻过大了，即跟滑动变阻器的阻值相比，小灯泡的电阻太小了；
（3）此实验中，要研究灯的亮度与灯的实际功率的关系，故要改变灯的电压和和通过的电流，所以，滑动变阻器的作用是保护电路和改变灯的电压和通过的电流；
（4）灯在额定电压下的功率为额定功率，由图2所示的I-U关系图象可知，灯在额定电压2.5V下的电流为0.25A，小灯泡的额定功率是：
P=UI=2.5V×0.25A=0.625W；
（5）探究电流与电压的关系时，要控制电阻大小不变，而灯的电阻随温度的变化而变化，不是一个定值，故不可以；
（6）步骤：
将变阻器的最大电阻与待测电阻串联，将电压表与待测电阻并联，闭合开关，记下电压表的示数为U_X，
表达式推导：
根据串联电路电压的规律，变阻器的电压：
U_滑=U-U_X，由欧姆定律和串联电路电流的规律，通过变阻器的电流即电路中的电流：
I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑大}}$=$\frac{U-{U}_{X}}{100Ω}$，由欧姆定律的变形公式，待测电阻：
R_X=$\frac{{U}_{X}}{I}=\frac{{U}_{X}}{\frac{4V-{U}_{X}}{100Ω}}$=$\frac{{U}_{X}}{4V-{U}_{X}}$×100Ω．
故答案为：（1）如 上所示；
（2）太小；
（3）改变灯的电压和和通过的电流；
（4）0.625；
（5）灯的电阻随温度的变化而变化，不是一个定值；
（6）将变阻器的最大电阻与待测电阻串联，将电压表与待测电阻并联，闭合开关，记下电压表的示数为U_X；
$\frac{{U}_{X}}{4V-{U}_{X}}$×100Ω．

点评 本题测小灯泡（额定电压2.5V）电功率，考查电路的连接、反常现象的分析、变阻器的作用、额定功率的计算、影响电阻的因素及控制变量法的运用和设计实验方案测电阻的能力．