Question

11．小明在拆装手电筒时，发现手电筒的小灯泡上标有“3.8V”的字样，但上面的电流值已经模糊不清，他想通过实验测量该灯泡正常发光时的电功率，图甲为他所连的实验电路．
（1）经检查发现电路接线有错误，小雨只做了一处改动就闭合开关进行实验．请在他接错的导线上打上“×”，并改正．
（2）电路连接正确后好，闭合开关后，发现灯泡不发光，电流表无示数，但电压表示数接近电源电压，则产生此故障的原因可能是灯泡断路．
（3）排除故障后继续实验时，小雨移动滑动变阻器的滑片，当电压表的示数为3.8V 时，电流表的示数如图乙所示．则该小灯泡的额定电流为0.3A，正常发光时的功率为1.14W．
（4）在此实验的基础上，老师又出示了电阻R_x（大约1000欧），提问能否用上述方法进行测量该电阻的阻值．同学们分析得出上述方案不行，原因是：电流太小，无法精确测量．
（5）接着，小明与其他同学经过讨论，通过增加一电阻箱R（0～9999Ω 5A）、定值电阻R₀（200Ω 2A）、单刀双掷开关等器材，设计出了如图丙所示的方案，实验按下列步骤进行，请将有关步骤填写完整，并回答相关问题．
①第一步：按电路图正确连接电路． ②第二步：将开关S拨到a，记下电压表示数为U₀．
③第三步：将开关S拨到b，调节电阻箱，使得电压表示数为U₀．
④读出电阻箱的阻值大小，该阻值大小就是R_x的大小．此方案所涉及的思想方法是等效替代法．

Answer 1

分析 （1）实验中滑动变阻器应一上一下接入电路；
（2）灯泡不亮可能是灯泡断路或灯泡以外的地方断路或灯泡短路，灯泡断路时，电路断路，电路中没有电流，电流表无示数，电压表串联在电路中，电压表测量电源电压；灯泡短路时，电路总电阻减小，电路电流增大，电流表示数增大，电压表测量导线电压，示数为0；灯泡以外的地方断路，整个电路都处于断开状态，灯泡不亮，电压表和电流表都没有示数．
（3）电压表测灯泡电压，灯泡正常工作时，电压表示数为灯泡的额定电压．电流表读数，根据P=UI计算额定功率．
（4）在电源电压一定时，通过导体的电流随导体电阻的增大而减小，如果电路电流太小，电流表无法测量或测量误差太大，距此分析能否测待测电阻阻值；
（5）由图知，开关分别接a或b时，待测电阻与电阻箱分别与定值电阻串联，当待测电阻阻值与电阻箱阻值相等时，电压表示数相等，据此分析步骤；
阻值特别大的电阻Rx与滑动变阻器如果串联，由于电压与电阻成正比，电源电压基本都加在了电阻Rx两端，用阻值很大的电阻箱和定值电阻代替滑动变阻器，可以使电压分配更合理，更便于测量．

解答 解：
（1）测灯泡功率的实验中，滑动变阻器应一上一下接入电路，图甲中滑动变阻器都接了上面两个接线柱，修改情况如图：
．
（2）灯泡不亮，电流表无示数，电路断路，电压表示数与电源电压相同，电压表串联在电路中测电源电压，所以灯泡断路．
（3）电压表测灯泡电压，灯泡正常工作时，电压表示数为灯泡的额定电压2.5V．
由图乙电流表使用的0～0.6A量程，分度0.2A，灯泡正常发光的电流为0.3A，
所以正常发光时的功率：P=UI=3.8V×0.3A=1.14W．
（4）电流与电阻成反比，电阻越大，电流越小，由于电阻R_X阻值太大，接入电路后，电路电流太小，无法测出电流；
（5）由设计电路，实验步骤：
①第一步：按电路图正确连接电路．
②第二步：将开关S拨到a，记下电压表示数为U₀．
③第三步：将开关S拨到b，调节电阻箱，使得电压表示数为U₀．读出电阻箱的阻值大小，该阻值大小就是R_x的大小．
④用阻值很大的电阻箱和定值电阻代替滑动变阻器，应用的是探究实验的基本方法之一：等效替换法．
故答案为：
（1）电路图如上；
（2）灯泡断路；
（3）0.3；1.14；     
（4）电流太小，无法精确测量；                         
（5）③电阻箱；U₀；④等效替代法．

点评 本题考查了电路连接、电路故障分析、电流表读数、灯泡功率、实验步骤的设计和评估；涉及到的知识点较多，综合性较强；第（5）题体现了研究物理问题的基本方法----等效替换法，要熟练掌握．