Question

11．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），并在虚线框内画出对应的电路图．
（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，其故障原因可能是灯泡短路．
（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，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（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（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）．

Answer 1

分析 （1）测灯泡电阻的实验原理是欧姆定律．
（2）由滑片向左移动灯泡变亮可知电路中的电流应变大，根据变阻器的使用即可应将变阻器滑片右边的电阻连入电路，据此连接实物图，画出电路图．
（3）常见电路故障有断路与短路两种，根据电路故障现象分析电路故障原因．
（4）由图示电流表读出其示数，然后由R=$\frac{U}{I}$求出灯泡阻值．
（5）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

解答 解：（1）伏安法测灯泡电阻的原理是：欧姆定律，测出灯泡电压U与通过灯泡的电流I，由R=$\frac{U}{I}$可以求出灯泡电阻．
（2）测灯泡电阻实验，变阻器应串联在电路中，由滑片向左移动灯泡变亮可知电路中的电流应变大，根据变阻器的使用即可应将变阻器滑片右边的电阻连入电路，实物电路图如图所示：

电路图如下：

（3）灯泡不亮，可能是灯泡发生短路或电路存在开路造成的，电流表有示数，说明电路是通路，电压表无示数，说明与电压表并联的灯泡电路出现短路，因此其故障原因是：灯泡短路．
（4）由甲图可知，电流表量程为0～0.6A，由乙图电流表可知，其分度值为0.02A，示数为0.38A，
由I=$\frac{U}{R}$得：灯泡阻值为R=$\frac{{U}_{额}}{I}$=$\frac{3.8V}{0.38A}$=10Ω．
（5）①根据电路图连接电路，闭合开关S₁、S₂接2，调节滑动变阻器，使电压表示数为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通过灯泡的电流：I=I_R0=$\frac{{U}_{R0}}{{R}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$，
灯泡额定功率：P=U_额I=$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．
故答案为：（1）R=$\frac{U}{I}$；（2）如上图；（3）灯泡短路；（4）10；（5）①2；3.8V；②1；③$\frac{3.8V×（U-3.8V）}{{R}_{0}}$．

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；对电表读数时要先确定其量程与分度值，然后再读数，读数时视线要与电表刻度线垂直；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．