Question

9．小明同学在“测定小灯泡的电阻”实验中，有如下器材：电压表、电流表、开关、电压为6V的电源、“3.8V、1.5W”的小灯泡、标有“20Ω、1.5A”的滑动变阻器，导线若干．
（1）该实验的原理（用公式表示）R=$\frac{U}{I}$．
（2）请用笔画代替导线，按照图甲所示的电路图，将图乙的实物电路连接完整（要求连线不得交叉，电流表的量程选择要恰当）；
（3）小明同学连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭．检查后，发现连线正确，请你找出实验中两个操作不当之处：①连接电路时没断开关；②滑动变阻器没调到最大阻值．
（4）小明在实验时，小灯泡突然熄灭，检查发现电流表示数为0，电压表示数接近电源电压，请你帮小明分析电路的故障可能是灯泡断路．
（5）下表是小明按正确的操作测得的数据，小灯泡正常发光时的电阻为9.5Ω；

实验次数	1	2	3
电压U/V	2.0	3.0	3.8
电流I/A	0.33	0.34	0.40
电阻R/Ω

（6）小明同学在实验中，打算用求平均值的方法求小灯泡的电阻，他可以吗？不合理，其原因是因为灯丝的电阻随温度的升高而增大，求灯丝阻值的平均值没有意义．

Answer 1

分析 （1）伏安法测电阻的原理是欧姆定律的变形式；
（2）根据P=UI求出灯泡的额定电流，然后确定电流表的量程且与灯泡并联，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，要注意滑片移动时接入电路中电阻变化的一致性；
（3）连接完最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光，说明连接完最后一根导线，电路立即接通且电路电阻阻值很小，可从连接电路的注意事项入手分析原因；
（4）电压表有示数说明电压表与电源之间是通路，电流表为示数、灯泡不亮说明电路断路，即电压表并联部分断路；
（5）灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据欧姆定律求出正常发光时的电阻；
（6）灯丝的电阻与灯丝的温度有关，亮度不同，温度不同，电阻不同，所以求平均值作为小灯泡的电阻没有意义．

解答 解：（1）本实验的原理是：R=$\frac{U}{I}$；
（2）由P=UI可得，灯泡的额定电流I_L=$\frac{{P}_{L}}{{U}_{L}}$=$\frac{1.5W}{3.8V}$≈0.4A＜0.6A，
则电流表的量程为0～0.6A，且与灯泡串联，滑动变阻器的右下方接线柱与开关的右接线柱相连，如下图所示：

（3）为保护电路，连接实物图时应断开开关，滑动变阻器的滑片要调到使连入电路的电阻为最大的位置；
连接好最后一根导线，灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭，
说明连完最后一根线，电路立即接通且电路电流较大，电路阻值太小，
原因是：①连接电路时没断开关；②滑动变阻器没调到最大阻值；
（4）小灯泡突然熄灭，检查发现电流表示数为0，电压表示数接近电源电压，说明电压表并联部分断路，可能是灯泡断路；
（5）灯泡正常发光时的电压3.8V，通过的电流为0.4A，
由I=$\frac{U}{R}$可得，此时灯泡的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.4A}$=9.5Ω；
（6）不合理；因为改变接入电路的滑动变阻器的阻值时，灯泡两端电压不相同，则灯丝的温度不同，而灯丝的电阻随温度的升高而增大，因此利用三组实验数据求灯丝阻值的平均值没有意义．
故答案为：
（1）R=$\frac{U}{I}$；
（2）如上图所示；
（3）①连接电路时没断开关；②滑动变阻器没调到最大阻值；
（4）灯泡断路；
（5）9.5；
（6）不合理；因为灯丝的电阻随温度的升高而增大，求灯丝阻值的平均值没有意义．

点评 本题考查了伏安法测电阻的原理、实物图的连接、电流表读数、欧姆定律的应用、故障分析、滑动变阻器的使用以及灯丝电阻与温度的关系等问题；分析清楚电路结构是正确连接实物电路图的关键；对电表读数时，要先确定量程与分度值，读数时视线要与电表刻度线垂直．