Question

18．如图甲所示是小红设计的测量额定电压为“3.8V”小灯泡电阻的部分实验电路，电源电压为6V，小灯泡的电阻大约是10Ω，且小红在连接实验电路的过程中发现电压表“0～15V”量程损坏，只有0～3V”的量程可以使用． 

（1）若小红想测小灯泡正常发光时的电阻，请用笔画线代替导线把电路连接完整．
（2）实验中有两个可供选择的滑动变阻器分别为“5Ω  1A”“10Ω  1A”，为了顺利完成实验，小红应选择10Ω1A的变阻器最为合适．
（3）小红在实验的过程中．调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，电流表的示数如图乙所示，小灯泡正常发光时的电阻为12.7Ω．根据所测数据小红绘制了如图丙所示的U-I图象，则乙（填“甲”或“乙”）是小灯泡的U-I图象，原因是灯丝电阻随温度的升高而增大．
（4）小红还想探究“导体中的电流与导体电阻”的关系，她设计的电路图如图丁所示：
①若小红闭合开关后，发现电流表无示数，用电压表分别测R₁、R₂（R₁≠R₂）两端的电压，电压表并联在R₁两端时有示数，并联在R₂两端时无示数，则此电路发生故障的原因是R₁断路．
②排除故障后，小红分别用电压表测出了R₁、R₂两端的电压，请你猜想：通过以上操作，她能探究出“导体中的电流与导体电阻”的关系吗？不能（填“能”或“不能”），你猜想的依据是无法控制R₁、R₂两端的电压相同且无法改变电流大小．

Answer 1

分析 （1）电源电压为6V，根据串联电路电压特点可知，当灯泡两端的电压为3.8V时，滑动变阻器的电压为2.2V＜3V，可以利用0～3V量程测量滑动变阻器的电压；滑动变阻器要按一上一下的原则串联在电路中；
（2）当电压表的示数达到2.2V时灯泡正常发光，根据欧姆定律求出此时电路中的电流，再根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路中的阻值即可选择器滑动变阻器的规格；
（3）根据电流表的量程和分度值读出示数，利用欧姆定律求出小灯泡正常发光时的电阻；根据灯泡灯丝的电阻随温度的升高而增大判断小灯泡的U-I图象；
（4）①电压表并联在R₁两端时有示数说明电压表两接线柱与电源之间是通路，电压表并联在R₂两端时无示数且电流表无示数说明电路断路，即R₁断路；
②要探究电流与电阻两端的关系时，应控制定值电阻两端的电压不变，改变定值电阻的阻值．

解答 解：（1）灯泡正常发光时的电压为3.8V，此时滑动变阻器两端电压为6V-3.8V=2.2V＜3V，所以把电压表并联在滑动变阻器的两端，移动滑动变阻器的滑片使电压表的示数为2.2V时，即可进行实验，滑动变阻器任意上方接线柱串联在电路中，如下图所示：

（2）当电压表的示数为2.2V即灯泡两端的电压U_L=3.8V时，灯泡正常发光，
根据欧姆定律可知此时电路电流约为I=$\frac{{U}_{L}}{{R}_{L}}$=$\frac{3.8V}{10Ω}$=0.38A，
此时滑动变阻器接入电路的阻值R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{2.2V}{0.38A}$≈5.8Ω＞5Ω，
所以本实验中应该选择规格为“10Ω   1A”的滑动变阻器；
（3）电流表使用0～0.6A的量程，分度值为0.02A，示数为0.3A，小灯泡正常发光时的电阻R=$\frac{{U}_{额}}{{I}_{额}}$=$\frac{3.8V}{0.3A}$≈12.7Ω；
因灯泡灯丝的电阻会随温度的升高而增大，所以乙是小灯泡的U-I图象；
（4）①小红闭合开关后，发现电流表无示数，电压表并联在R₁两端时有示数，并联在R₂两端时无示数，说明电阻R₁断路；
②小红不能探究出“导体中的电流与导体电阻”的关系，原因是无法改变电路中的电流且两电阻两端的电压不相等．
故答案为：
（1）如上图所示；（2）“10Ω  1A”；
（3）12.7；乙；灯丝电阻随温度的升高而增大；
（4）①R₁断路；②不能；无法控制R₁、R₂两端的电压相同且无法改变电流大小．

点评 本题考查了串联电路的特点和欧姆定律的应用以及实物图的连接、电流表的读数、电路故障的判断等，关键是知道灯泡正常发光时的电压和额定电压相等且灯丝的电阻随温度的升高而增大，同时要注意探究电流与电阻之间的关系时应控制定值电阻两端的电压不变．