题目内容
9.张丽同学手里有一个标有“3.8V”字样小灯泡,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1所示的实验电路,电源电压恒定不变.(1)张丽测小灯泡电阻的实验原理是R=$\frac{U}{I}$.
(2)闭合开关,移动滑动变阻器滑片,她发现灯泡始终不亮,电流表有示数,电压表无示数,其故障原因是灯泡短路.
(3)故障排除后,调节滑动变阻器使小灯泡正常发光,此时电流表的示数为 0.38A,小灯泡正常工作时的电阻是10Ω.
(4)完成上述实验后,张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2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).
分析 (1)测电阻的原理是R=$\frac{U}{I}$;
(2)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;
(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,根据欧姆定律求出灯泡正常发光时的电阻;
(4)由图可知: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)测灯泡电阻实验的原理是:R=$\frac{U}{I}$;
(2)闭合开关,移动滑动变阻器滑片,发现灯泡始终不亮,电流表有示数,说明电路是通路,电压表无示数,说明电压表并联部分短路,即灯泡短路;
(3)灯泡正常发光时的电压为3.8V,电流表的示数为0.38A,
则灯泡的电阻R=$\frac{U}{I}$=$\frac{38V}{0.38A}$=10Ω;
(4)①灯泡的额定电压为3.8V,闭合开关S1、S2接2,调节滑动变阻器,使电压表示数为3.8V,灯泡正常发光;
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由串联电路特点和欧姆定律可得通过灯泡的电流:
I=IR=I0=$\frac{{U}_{0}}{{I}_{0}}$=$\frac{U-3.8V}{{R}_{0}}$,
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)灯泡短路;(3)0.38;10;(4)2;3.8;1;$\frac{3.8V×(U-3.8V)}{{R}_{0}}$.
点评 本题考查了伏安法测电阻的原理和实物电路图的连接、电路故障的判断、电流表的读数、欧姆定律的应用等.最后一问实验设计是本题的难点,关键是能利用电压表与已知阻值的电阻结合,根据电路特点达到测电流的目的.
| 实验 序号 | 重锤质量M (千克) | 重锤升起高度h (米) | 铁钉进入泡沫塑料深度x (米) |
| 1 | 0.1 | 0.6 | 0.024 |
| 2 | 0.1 | 0.9 | 0.030 |
| 3 | 0.2 | 0.3 | 0.024 |
| 4 | 0.2 | 0.6 | 0.035 |
| 5 | 0.3 | 0.3 | 0.030 |
| 6 | 0.3 | 0.4 | 0.035 |
(2)分析比较实验序号1与4(或3与5)的数据及观察到的现象,可得出的初步结论是:在高度相同的情况下,物体的质量越大,具有的重力势能就越大.
(3)进一步综合分析比较实验序号1与3,或2与5,或3与6中第二列、第三列及第四列中的数据,可得出:物体的质量与举起的高度的乘积相等时,物体具有相同的重力势能,对铁钉做的功也相同.
(4)进一步综合分析比较实验序号1与3和2与5和3与6中第二列、第三列及第四列中的数据,可得出:物体的质量与高度的乘积越大,具有的重力势能越大,做的功也越大.