Question

12．在测量小灯泡正常发光时的电阻的实验中，选用的电源电压为4.5V，小灯泡的额定电压为2.5V，图甲是未连接完整的实验电路．

（1）请你用笔画线代替导线，将图甲所示的实验电路连接完整（要求滑动变阻器的滑片p向左移动时电流表的示数变小）．
（2）闭合开关后，缓慢移动滑动变阻器的滑片P，同时观察电压表 （选填“电压表”或“电流表”）示数的变化，当电压表的示数如图乙所示时，其读数为1.8V：若要测得小灯泡正常发光时的电阻，滑片P应向右 （选填“左”或“右”）端移动．
（3）闭合开关，两表均有示数，若将小灯泡从灯座中取走，电压表有示数，电流表无示数（两空均选填“有”或“无”）．
（4）电路正常后，改变滑片p的位置，获得多组对应的电压、电流值，绘制了如图丙所示的，I-U图象（不计小灯泡电阻随温度的变化）．由图象可知，小灯泡正常发光时的电阻是10Ω．
（5）空闲之余，小张换用另一未知电压的新电源又做了几次实验，保持滑动变阻器滑片在某一位置不变时，有了新的发现：可以将电压表改成直接读出电阻值的欧姆表，请你帮他刻出5.0V处标为50Ω．

次数	1	2	3	4	5
电阻R/Ω	5	10	15	20
电压U/V	2.0	3.0	3.6	4.0	5.0

Answer 1

分析 （1）根据要求滑动变阻器的滑片p向左移动时电流表的示数变小确定变阻器连接；
（2）根据灯在额定电压下正常发光回答；由图中电压表小量程读数；
要测量小灯泡正常发光时的电阻，需使小灯泡两端的电压等于额定电压；根据串联电路电压的规律结合分压原理判断滑动变阻器滑片移动的方向；
（3）掌握断路的概念及特点，若串联电路发生断路，则电路中不会有电流，用电器不工作，断路处的电压为电源电压；
（4）根据图象确定额定电压下的电流，根据欧姆定律计算出电阻的阻值；
（6）根据滑动变阻器的阻值不变结合欧姆定律及串联电路的电流、电压特点得出5.0V时的电阻值．

解答 解：（1）要求滑动变阻器的滑片p向左移动时电流表的示数变小，电阻变大，故滑片以右电阻丝连入电路中，如下所示：

（2）灯在额定电压下正常发光，缓慢移动滑动变阻器的滑片P，同时观察电压表示数的变化；
图中电压表小量程分度值为0.1V，电压表示数为1.8V，灯泡两端的电压为1.8V，
要使灯泡两端电压由1.8增大到2.5V，变阻器的电压要减小，根据分压原理，滑动变阻器连入电路的部分减小，滑片向右端移动；
（3）实验时闭合开关，两表均有示数，若将小灯泡从灯座中取走，此时电路相当于电压表与滑动变阻器串联，由于电压表的电阻太大，电路中的电流几乎为零，因此电流表无示数，而电压表与电源连通，因此有示数（几乎为电源电压）．
（4）由图象可知，灯的电流与电压成正比，则灯的电阻为定值，当小灯泡L正常发光时的电压为2.5V，由图象可知对应的电流为0.25A；因此小灯泡正常发光时的电阻是R═$\frac{U}{I}=\frac{2.5V}{0.25A}$=10Ω；
（6）根据电源电压和滑动变阻器的阻值不变，由表格中1、2数据知：根据欧姆定律、串联电路的规律有：
$\frac{{U}_{1}}{{R}_{1}}=\frac{U}{{R}_{1}{+R}_{滑}}$，即$\frac{2V}{5Ω}=\frac{U}{5Ω{+R}_{滑}}$①
$\frac{{U}_{2}}{{R}_{2}}=\frac{U}{{R}_{2}{+R}_{滑}}$，即$\frac{3V}{10Ω}=\frac{U}{10Ω{+R}_{滑}}$②
联立①②得
U=6V，R_滑=10Ω
当电压表示数U₅=5.0V时，
此时滑动变阻器两端的电压U_滑=U-U₅=6.0V-5.0V=1.0V，
电路中的电流I=$\frac{{U}_{滑}}{{R}_{滑}}=\frac{1V}{10Ω}$=0.1A，
由I=UR得R=$\frac{U}{I}$，第5次定值电阻的阻值：
R₅=$\frac{{U}_{5}}{I}=\frac{5V}{0.1A}$=50Ω．
故答案为：（1）如上所示；（2）电压表；1.8；右；（3）有；无；（4）10；（6）50．

点评 本题考查了实物图的连接、滑动变阻器的使用、电压表的读数、电路故障的判断、功率的计算及串联电路的规律，体现了数学知识在物理中的运用．有难度．