Question

8．在“测量小灯泡的电功率”实验中，小灯泡的额定电压为2.5V，电阻约为10Ω，有两个规格分别为甲“10Ω 1A”、乙“50Ω 2A”的滑动变阻器，电源电压为6V．

（1）本实验中应该选择乙滑动变阻器的原因是灯泡正常发光时变阻器为14Ω；
（2）图甲中已有部分电路连好，请用笔画线代替导线将电路连接完整；
（3）实验前在检查仪器时，发现电流表指针如图乙所示，则接下来的操作是电流表调零． 重新正确连接好电路，闭合开关后，发现无论怎样移动滑动变阻器滑片，灯泡都不亮，电压表示数接近6V，电流表示数几乎为0，电路的故障可能是小灯泡断路了；
（4）排除电路故障后，闭合开关，改变滑动变阻器的阻值，多次测量，并绘制了通过小灯泡的电流随其两 端电压变化的关系图象如图丙所示，则小灯泡的额定功率为0.5W．还发现：当电压表的示数增大时，电压表与电流表的示数之比变大（填“变大”、“变小”或“不变”），导致这一结果的原因是灯丝的电阻随温度的升高而变大；
（5）该电路可以测电阻，而另有同学设计了如图丁图两种测量方案，方案中定值电阻的阻值为 R₀．
①方案一的电路中，闭合开关 S，如果电压表V₁和V₂的读数分别为U₁和 U₂，则R_x的阻值表达式为R_x=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}}$；
②方案二的电路中，闭合开关S，如果电流表A₁和A₂读数分别为I₁和I₂，则电阻R_x的阻值表达式为R_x=$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．

Answer 1

分析 （1）由串联电路特点和欧姆定律计算出灯泡正常发光时，滑动变阻器连入的电阻值，分析得出结论；
（2）本实验中，电流表、灯泡、滑动变阻器应串联，电压表测灯泡两端电压，根据灯泡额定电压和正常发光电流确定电表量程；
（3）电流表使用前应调零；电流表无示数，说明电路故障为断路；电压表有示数，说明电压表的正负接线柱与电源两极相连，据此分析；
（4）已知灯泡的额定电压，通过图象得到额定电压下的电流，利用公式P=UI得到灯泡的额定功率；灯丝电阻受温度的影响，变化较明显，并且温度越高，电阻越大；
（5）①方案一中定值电阻与待测电阻串联，已知定值电阻电压与阻值，由欧姆定律可以求出电路电流，已知待测电阻两端的电压，由欧姆定律可以求出待测电阻的阻值；
②方案二中定置电阻与待测电阻并联，已知电阻电阻阻值及流过定值电阻的电流，由欧姆定律可以求出并联电压；
根据并联电路的特点 求出流过待测电阻的电流，由欧姆定律可以求出待测电阻的阻值．

解答 解：
（1）由串联电路特点，当灯泡正常发光时，变阻器两端的电压：U_滑=6V-2.5V=3.5V；
额定电流大约为：I=$\frac{U}{R}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A，
此时滑动变阻器的电阻应为：R_滑=$\frac{{U}_{滑}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω；甲的电阻太小，乙比较适合；
（2）测定小灯泡额定电功率实验中，电流表、灯泡、滑动变阻器应串联，电压表与灯泡并联，由灯泡正常发光时的电压和电流可知，电压表应使用0-3V量程，电流表使用0-0.6A量程，如图所示：

（3）由图乙，实验前在检查仪器时，电流表未指在零刻度处，根据电流表的使用要求，下一步应对电流表调零；
电流表的示数几乎为0，说明电路存在断路，电压表的示数都约为6V，接近电源电压，则与电压表并联的小灯泡断路了；
（4）由图象知，在额定电压下，通过灯泡的电流为0.2A，则灯泡的额定功率：P_额=U_额I=2.5V×0.2A=0.5W；
灯丝的电阻随温度的升高而变大，所以电压与电流的比值，即灯泡电阻是变大的；
（5）①图中两电阻串联，电压表V₁测RR₀两端电压，V₂测R_x两端电压，
流过电路的电流：I=I_x=I₀=$\frac{{U}_{1}}{{R}_{0}}$，
电阻R_x的阻值：R_x=$\frac{{U}_{2}}{I}$=$\frac{{U}_{2}}{\frac{{U}_{1}}{R0}}$=$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}}$；
②图中两电阻并联，A₁测干路电流，A₂测R₀的电流，
并联电路电压：U=U_x=I₂R₀，流过待测电阻的电流：I_X=I₁-I₂，
待测电阻阻值：R_x=$\frac{U}{{I}_{x}}$=$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．
故答案为：（1）灯泡正常发光时变阻器为14Ω；（2）见上图；（3）电流表调零；小灯泡断路了；（4）0.5；变大；灯丝的电阻随温度的升高而变大；（5）①$\frac{{U}_{2}{R}_{0}}{{U}_{1}}$；②$\frac{{I}_{2}{R}_{0}}{{I}_{1}-{I}_{2}}$．

点评 本题是测灯泡功率的实验，考查了滑动变阻器的选择、实物连接、实验操作、功率的计算以及特殊方法测电阻等，考查的知识点多，综合性强，但这些都是常考内容，需要掌握好．