题目内容

17．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甲所示的实验电路，电源电压恒定不变．

（1）小丽测小灯泡电阻的实验原理是R=$\frac{U}{I}$．
（2）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），并在虚线框内画出电路图．
（3）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，她发现灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，其故障原因是小灯泡短路或电流表短路．
（4）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，示数为0.38A，小灯泡正常工作时的电阻是10Ω．
（5）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，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，读出电压表的示数为U．
③小灯泡额定功率的表达P额=3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$（用已知量和测量量表示）．

分析 （1）伏安法测电阻的原理是欧姆定律的变形式；
（2）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；
（3）电流表有示数说明电路通路，电压表无示数且灯泡不亮，说明电压表并联部分短路；
（4）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，根据欧姆定律求出灯泡正常发光时的电阻；
（5）在没有电流表的情况下，利用定值电阻R0和电压表代替电流表与灯泡串联，通过开关的转换，移动滑动变阻器的滑片，使灯泡两端的电压等于3.8V，使灯正常发光；
保持滑片的位置不动，再通过开关的转换使电压表测出灯与定值电阻R0的电压U；在前后两次开关转换的过程中，电路的连接关系没有改变，各用电器分得的电压保持不变，此时灯仍正常发光，根据串联电路电压的规律可求出此时定值R0的电压，由欧姆定律求出通过定值电阻R0的电流，根据串联电路电流的规律，即灯正常发光时的电流大小，根据P=UI写出小灯泡额定功率的表达式．

解答 解：（1）伏安法测电阻的原理是R=$\frac{U}{I}$；
（2）滑动变阻器的左下方接线柱与任意上方接线柱串联在电路中时，滑片向左移时灯泡会变亮，如下图所示：

先画出电源符号，从电源正极出发依次画出开关、滑动变阻器、灯泡、电流表回到电源的负极，然后把电压表并联在灯泡两端，如下图所示：

（3）闭合开关，移动滑动变阻器滑片，发现灯泡始终不亮，电流表有示数，电压表无示数，说明电压表并联部分短路，即小灯泡短路或电流表短路；
（4）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，
则灯泡的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω；
（5）①连接好实验电路，闭合开关S1，将开关S2拨到触点2，移动变阻器的滑片，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根据串联电路电压的规律，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×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．
故答案为：
（1）R=$\frac{U}{I}$； 
（2）实物图的连接和电路图如上图所示；
（3）小灯泡短路或电流表短路；  
（4）0.38；10；
（5）①3.8；③3.8V×$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$．

点评 本题测小灯泡正常工作时的电阻，考查了实验原理、连接实物电路图、常见故障的分析、电表读数、求灯泡功的电阻及在没有电流表的情况下设计实验方案测电功率的能力，综合性强，难度大，对能力要求高．

练习册系列答案
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