Question

6．“测小灯泡（额定电压2.5V）的额定功率”实验中．
（1）用笔画线代替导线，将图1中小明连接的电路补充完整．（滑片向右移动时，接入电路的电阻变小）
（2）电路正确连接后，闭合开关，移动滑片，使电压表示数为2.5V，电流表示数如图2，则该小灯泡的额定功率是0.65W；若考虑电表的电阻对测量的影响，则电功率的测量结果与真实值相比偏大（填“大”或“小”）
（3）小刚做上述实验时发现应选用的电压表量程档损坏，而另一量程档及其它器材都完好．为了测定小灯泡的额定功率，他们改用另一量程档和阻值为10Ω的定值电阻R₀，按如图3所示的电路进行测量．闭合开关，调节滑片，当电压表的示数为5.1V，小灯泡正常发光．
（4）小明还想用图1所示电路测R_x的阻值（约为200Ω）．他将R_x替换了灯泡，已知滑动变阻器的最大阻值为R．
①小红认为这个办法不可行，小红的依据是电路中电流过小，电流的测量误差较大．
②小红利用题中已有的部分器材设计出了一种可行的实验方案，请你在图4方框中画出小红的电路图，要求连接好电路后，电表的位置不移动就能测出待测电阻R_x的阻值．
③写出小红的主要实验步骤和R_x表达式．

Answer 1

分析 （1）本实验中灯泡、滑动变阻器和电流表应串联，电压表并联在灯泡两端，根据灯泡额定电压确定量程，根据滑片向右移动时，接入电路的电阻变小确定变阻器的接线柱；
（2）当小灯泡两端电压为额定电压时，灯泡正常发光；根据电流表的量程、分度值以及指针的位置读出电流表的示数，然后根据P=UI求出小灯泡的额定功率；
根据电压表与电流表所测量的量，分析电压与电流的测量值与真实值间的关系，然后判断电功率的测量值与真实值间的关系．
（3）由于灯的电压不大于3V，而3V的量程损坏后，串联一个定阻电阻后，使用了0-15V的量程，由图根据灯泡正常发光时的电流，由欧姆定律计算电压表示数；
（4）①根据待测电阻阻值和电源电压，根据欧姆定律判断电路中的电流即可得知无法测量；
②③可以测出滑动变阻器在最小阻值和最大阻值处电压表的示数，根据电源电压不变，列出一个等式，从而求出电阻值．由此设计电路并求出R_X阻值．

解答 解：
（1）测灯泡功率的实验中，灯泡、滑动变阻器和电流表应串联；电压表与灯泡并联，灯泡额定电压2.5V，所以电压表应使用0-3V量程；滑片向右移动时，接入电路的电阻变小，则应使滑动右下方的接线柱相连，如图所示：
；
（2）根据图乙可知，电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，示数为0.26A；
灯泡的额定功率：P=UI=2.5V×0.26A=0.65W；
由电路图知，电压表并联在灯泡两端，电压表的测量值U与真实值相等；电流表测的是流过灯泡与流过电压表的电流之和，电流表的测量值I比真实值大，
因此由P=UI求出的测量值比真实值大；
（3）由于0-3V的量程损坏，故如图电路中电压表使用的是0-15V的量程，由于灯泡正常工作的电流为0.26A，则定值电阻10Ω的两端电压为U′=IR=0.26A×10Ω=2.6V，
则根据串联电路的电压特点可知：电压表示数应为U=U_额+U′=2.5V+2.6V=5.1V；
（4）①由图电源由三节蓄电池组成，电源电压为6V，当变阻器连入阻值为0时，电路中电流最大：I=$\frac{U}{{R}_{x}}$=$\frac{6V}{200Ω}$=0.03A，电流表使用0-0.6A量程，分度值为0.02A，所以电流的测量误差较大，故小明的方法不可行；
②实验的电路图如下图所示：
；
③实验步骤：
a、闭合开关，将滑片滑到左端，读出电压表示数U；
b、将滑片移到右端，读出此时电压表示数为U′．
由a电压表示数等于电源电压，由b可知，
R_x与变阻器最大值R串联，此时变阻器两端电压为U-U′，
根据串联电路的分压原理：$\frac{{R}_{x}}{R}$=$\frac{U′}{U-U′}$，
所以，R_X=$\frac{U′R}{U-U′}$．
故答案为：（1）见上图；（2）0.65；大；（3）5.1；（4）①电路中电流过小，电流的测量误差较大；②见上图；③步骤：a、闭合开关，将滑片滑到左端，读出电压表示数U；
b、将滑片移到右端，读出此时电压表示数为U′；R_x表达式：R_X=$\frac{U′R}{U-U′}$．

点评 本题考查了连接电路图、电流表读数、额定功率的计算、误差分析、电流设计等；对电流表读数时，要先确定电流表量程与分度值，然后再读数，读数时，视线要与电流表刻度线垂直；连接电路图时，要注意电压表量程的选择、滑动变阻器的接法．