题目内容

9．小丽同学手里有一个标有“3.8V”字样的小灯泡．她想知道小灯泡正常工作时的电阻．于是在学校实验室找来一些器材连接了如图所示的实验电路，电源电压恒定不变．

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲中的实物连接完整（要求滑片向左移灯泡变亮）
（2）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，她发现灯泡始终不亮，电流表无示数，电压表指针有明显偏转，其故障原因是小灯泡断路．
（3）故障排除后，调节滑动变阻器使小灯泡正常发光，此时电流表的示数如图乙所示，小灯泡正常工作时的电阻是10Ω．
（4）完成上述实验后，小丽向老师要了一个已知阻值为R0的定值电阻和一个单刀双掷开关，借助部分现有的实验器材，设计了如图丙所示的实验电路，测出了小灯泡的额定功率，请你帮她完成下列实验步骤：
①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2（选填“1”或“2”），移动滑片，使电压表的示数为3.8V
②保持滑片的位置不动，再将开关S2拨到触点1（选填“1”或“2”），读出电压表的示数为U
③小灯泡额定功率的表达式为P额=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$ （用已知量和测量量表示）
④若将小灯泡换成发光二极管．测量发光二极管的电功率．发现在亮度相当的情况下．每次所测得的电功率都比小灯泡的小．从能量转化角度来分析．其原因是发光二极管将电能转换成光能的效率更高．

分析 （1）滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中，向左移灯泡变亮，说明滑动变阻器的左下方接线柱必须接入电路中；
根据电流流向法，从电源的正极出发依次串联各电路元件，然后把电压表并联在灯泡两端即可；
（2）电流表无示数说明电路断路，电压表有示数且灯泡不亮，说明电压表并联部分断路；
（3）根据电流表的量程和分度值读出示数，灯泡正常发光时的电压和额定电压相等，根据欧姆定律的变形公式求出灯泡正常发光时的电阻；
（4）由丙图可知，没有电流表的情况下，利用定值电阻和电压表代替电流表与灯泡串联，首先使灯泡两端的电压等于3.8V，
然后测出此时定值电阻两端的电压，便可求出电路中的电流，根据P=UI计算出灯泡的额定电功率．
（5）据能量的转化的特点分析即可．

解答 解：（1）滑动变阻器要按“一上一下”的方式串联接入电路，要滑片向左移时灯泡变亮，此时电路中的电流变大，
滑动变阻器接入电路的阻值变小，故应将滑动变阻器的A接线柱与小灯泡的右接线柱连接，如下图所示：

（2）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，发现灯泡始终不亮，电流表无示数，电压表有示数，说明电压表并联部分断路，即小灯泡断路．
（3）灯泡正常发光时的电压为3.8V，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.38A，
由I=$\frac{U}{R}$得，小灯泡正常工作时的电阻：
R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω．
（4）①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2，移动滑片，使电压表的示数为3.8V；
②保持滑动变阻器滑片位置不变，S2接1，读出电压表示数U；
③此时定值电阻R0两端的电压：U0=U-U额=U-3.8V，
通过灯泡的电流：I额=I0=$\frac{{U}_{0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
则小灯泡额定功率：P额=U额I额=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
④将小灯泡换成发光二极管，测量发光二极管的电功率，发现在亮度相当的情况下，每次所测得的电功率都比小灯泡的小，这是由于：发光二极管将电能转换成光能的效率更高导致的．
故答案为：（1）实物图的连接如上图所示；（2）小灯泡断路； （3）10；（4）①2；3.8；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$；④发光二极管将电能转换成光能的效率更高．

点评 本题考查了连接实物电路图、实验故障分析、实验操作、电表读数、求灯泡功率、实验设计等，要注意电路图和实物电路图的连接要一一对应；
最后一问：实验设计是本题的难点，知道实验原理、应用串联电路特点与欧姆定律即可正确解题．

练习册系列答案
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19．下列各种情况，力对物体做了功的是（　　）
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14．在比较物体运动快慢时，利用比值法引入速度υ，下列物理量的引入方法与它相同的是（　　）
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（1）用天平测出空烧杯的质量m杯；
（2）测出烧杯和牛奶的总质量m总，算出牛奶的质量m牛奶；
（3）将烧杯中的牛奶倒入量筒中，测出牛奶的体积V；
（4）根据公式算出牛奶的密度ρ
你认为李明的步骤合理吗？不合理，原因是在向量筒倒入牛奶时，有部分留在烧杯中使测量的体积减小，密度偏大．
李明经过认真地思考，改为先测出烧杯和牛奶的总质量为m总，然后将部分牛奶倒入量筒中再测出烧杯和剩余牛奶的总质量，此时天平中砝码的质量和游码的位置如图2，量筒中牛奶的体积如图3，请将表中空格处数据补充完整．
烧杯和牛奶总质量
m总/g		烧杯和剩余牛奶总质量
m剩余/g		量筒内牛奶的质量
m牛奶/g		量筒内牛奶的体积
V牛奶/cm3		牛奶的密度
ρ牛奶/g•cm-3
88.6
18．如图所示是运动员在撑杆跳时的情景，在这个情景中包含一些物理道理，如：
（1）问题：撑杆变弯曲，说明了什么？
回答：力可以改变物体的形状．
（2）问题：人离开撑杆后为什么还会向上运动一段距离？
回答：运动员具有惯性．
（3）请从机械能的角度提出一个问题并回答
问题：上升过程中动能和重力势能是怎样转化的？
回答：动能转化为重力势能．
19．（1）当要研究的物理量不易直接测量时，需设法把它们的大小间接显示出来．

例如：图（甲）实验是让木块在木板上做匀速直线运动，通过弹簧测力计的示数间接显示滑动摩擦力的大小； 图（乙）实验中压力的作用效果是通过海绵的形变间接反映出来的．
（2 ） 当要研究的物理量与多个因素有关时，都要采取一定措施控制变量．
例如：①要研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系，就要多次改变压力大小，同时控制接触面的粗糙程度不变．做实验时我们改变压力大小的具体办法是在木块上加砝码；
②要研究阻力对运动的影响（图丙），就要改变小车受到的阻力，同时控制小车在平面上开始运动的速度相同．具体办法是：换用不同表面的平面，让它们从同一斜面的同一高度 由静止滑下，观察到的现象是：小车在c（选填“a”、“b”或“c”）表面上运动最远．说明小车受到的阻力越小，小车速度减小得越慢．此实验的正确结论是小车不受阻力时，将做匀速直线运动．

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